WO2014189013A1 - 一軸偏心ねじポンプ - Google Patents

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WO2014189013A1
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rotation
rotor
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bevel gear
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須原 伸久
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兵神装備株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a uniaxial eccentric screw pump provided with a rotor drive mechanism that can revolve while rotating the rotor.
  • the uniaxial eccentric screw pump disclosed in the following Patent Document 2 is provided with a rotor drive mechanism between the power source side and the rotor, thereby allowing the rotor to rotate and revolve.
  • the rotor drive mechanism used in this uniaxial eccentric screw pump is a so-called planetary gear mechanism or the like.
  • the uniaxial eccentric screw pump disclosed in Patent Document 3 below has a configuration in which a rotation speed control drive unit for rotating the rotor and a revolution speed control drive unit for revolving the rotor are provided separately. It is said that.
  • the rotor is rotated and revolved by executing control to synchronize the operations of the motors constituting the rotation speed control drive unit and the revolution speed control drive unit.
  • JP 2012-154215 Japanese Patent No. 5070515 JP 2009-047061 A
  • an object of the present invention is to provide a single-shaft eccentric screw pump that has a simple and compact device configuration and can rotate and revolve the rotor without complicated operation control.
  • the uniaxial eccentric screw pump of the present invention provided to solve the above-mentioned problems is a stator in which a male screw type rotor is inserted into a stator having a female screw type insertion hole, and revolves while rotating the rotor.
  • a rotor driving mechanism capable of rotating the rotor, and the rotor driving mechanism rotates about a fixed central axis, thereby rotating a rotation power transmission member that rotates the rotor, and rotation of a base shaft portion of the rotor.
  • a revolving track forming member that revolves the base shaft portion on a predetermined revolving track while allowing the power output from the same power source to the rotation power transmission member and the revolving track forming member in parallel.
  • the rotation power transmission member and the revolution track forming member are operated while being mechanically synchronized, and the rotor is caused to revolve while rotating. It is characterized in that it.
  • the uniaxial eccentric screw pump of the present invention includes a rotor drive mechanism that can revolve while rotating the rotor.
  • a long rod such as a coupling rod used for connecting to a power source is provided so that the rotor can revolve while rotating in the prior art.
  • the overall length can be shortened accordingly. Therefore, according to the present invention, a uniaxial eccentric screw pump having a short overall length and a compact configuration can be provided. Further, the remaining amount of the fluid remaining inside when the uniaxial eccentric screw pump is stopped can be minimized.
  • the power output from the same power source is distributed in parallel and can be input to the rotation power transmission member and the revolution track forming member constituting the rotor drive mechanism. Yes.
  • the rotating power transmission member and the revolving track forming member operate while being mechanically synchronized, and the rotor can revolve while rotating without any special control, and the pump function is exhibited. It can be made. Therefore, according to the uniaxial eccentric screw pump of the present invention, the operation control for driving the rotor and the device configuration can be simplified.
  • the above-described single-shaft eccentric screw pump according to the present invention includes a rotation-side power transmission system in which the rotor drive mechanism is configured to transmit power from the power source to the rotation power transmission member in a single stage or multiple stages. And a revolution-side power transmission system formed so that power can be transmitted in a single stage or multiple stages from the power source toward the revolution track forming member, the rotation-side power transmission system, and the revolution It is preferable that the number of stages of the side power transmission system is the same.
  • the rotor drive mechanism has an input side bevel gear connected to the rotation shaft of the power source, and a revolution side bevel gear connected to the revolution track forming member. And a rotation side bevel gear coupled to the rotation power transmission member, and the revolution side bevel gear and the rotation side bevel gear mesh with the input side bevel gear. It is desirable to do.
  • the uniaxial eccentric screw pump of the present invention can revolve while rotating the rotor without performing control or the like for synchronizing the operations of the rotation power transmission member and the revolution track forming member.
  • the single-shaft eccentric screw pump of the present invention described above has an outer diameter of at least one of the revolution-side bevel gear and the rotation-side bevel gear, the revolution track forming member to which the bevel gear is connected, or the rotation
  • the outer diameter of the power transmission member is preferably larger.
  • the base shaft portion and the rotation power transmission member are connected via a power transmission portion, and the power transmission portion allows the revolution of the base shaft portion, while It is desirable that the rotation power transmission member can be rotated by being transmitted to the base shaft portion.
  • Such a configuration makes it possible to revolve while smoothly rotating the rotor.
  • a single-shaft eccentric screw pump that has a short overall length and a compact configuration, and that can suppress the remaining amount of fluid remaining inside when operation is stopped to a minimum.
  • the uniaxial eccentric screw pump 10 is a rotary displacement pump. As shown in FIG. 1, the uniaxial eccentric screw pump 10 includes a male screw type rotor 20 that rotates eccentrically upon receiving power, and a stator 30 having an inner peripheral surface formed into a female screw type.
  • the uniaxial eccentric screw pump 10 is configured such that a pump mechanism 12, the main part of which is constituted by a rotor 20 and a stator 30, is built in a pump casing 14.
  • the rotor 20 is formed so that the cross-sectional shape thereof becomes a substantially perfect circle when viewed in cross section at any position in the longitudinal direction.
  • the through-hole 34 of the stator 30 is formed so that its cross-sectional shape (opening shape) is substantially oval when viewed in cross section at any position in the longitudinal direction of the stator 30.
  • the rotor 20 is inserted into the through-hole 34 formed in the stator 30 described above, and can be freely rotated eccentrically inside the through-hole 34.
  • An end portion on the base end side of the rotor 20 is connected to a motor 80 serving as a drive source via a rotor drive mechanism 50 described in detail later.
  • the rotor driving mechanism 50 is capable of revolving (eccentric rotation) while rotating the rotor 20 by the power input from the motor 80.
  • the fluid conveyance path 40 is formed so as to extend spirally in the longitudinal direction of the stator 30 and the rotor 20.
  • the pump casing 14 is roughly divided into a pump mechanism housing portion 14a and a drive mechanism housing portion 14b.
  • the pump mechanism accommodating portion 14 a is a cylindrical body having a cylindrical appearance, and accommodates the pump mechanism 12 having a main portion constituted by the rotor 20 and the stator 30. Further, the above-described rotor drive mechanism 50 is accommodated in the drive mechanism accommodating portion 14b.
  • the rotor drive mechanism 50 is a drive mechanism that enables the rotor 20 to revolve while rotating.
  • the rotor drive mechanism 50 includes a rotation power transmission member 52, a revolution track forming member 56, a gear mechanism portion 58, and a power transmission member 60 (power transmission portion).
  • the rotation power transmission member 52 is a member for rotating the rotor 20 by rotating itself.
  • the rotation power transmission member 52 is a shaft-like member that is supported by the bearing 53 in the drive mechanism housing portion 14b and is capable of rotation about a certain center axis C1.
  • the rotation power transmission member 52 is connected to the base shaft portion 54 of the rotor 20 through the power transmission member 60 so that power can be transmitted. Therefore, when the rotation power transmission member 52 rotates, the rotor 20 can be rotated.
  • the power transmission member 60 is a member that allows the rotation of the rotation power transmission member 52 to be transmitted to the base shaft portion 54 and to rotate while allowing the revolution (eccentric rotation) of the base shaft portion 54 (rotor 20).
  • an Oldham joint is used as the power transmission member 60. That is, the power transmission member 60 is provided with grooves 60c and 60d perpendicular to the rotation plates 60a and 60b provided at the ends of the rotation power transmission member 52 and the base shaft portion 54, and protrusions 60e and 60b perpendicular to each other on the front and back.
  • the rotation power transmission member 52 and the base shaft portion 54 are connected by interposing a disk-shaped intermediate disk 60g having 60f.
  • the revolution track forming member 56 is a member for allowing the base shaft portion 54 to revolve (see arrow B in FIG. 2) on a predetermined revolution track while allowing rotation of the base shaft portion 54 of the rotor 20 (see arrow A in FIG. 2). It is. Specifically, as shown in FIG. 1, the revolution track forming member 56 is a cylindrical member that is rotatably supported by a bearing 57 in the drive mechanism housing portion 14b. The revolution trajectory forming member 56 includes an insertion hole 56a, and can support the base shaft portion 54 in the insertion hole 56a through a bearing 59 so as to be able to rotate (spin). Therefore, the base shaft portion 54 inserted through the insertion hole 56a can freely rotate.
  • the insertion hole 56 a is a round hole provided at a position away from the axial center position of the revolution track forming member 56.
  • the base shaft portion 54 is capable of rotating about the central axis C2 deviating from the central axis C1.
  • the revolution trajectory forming member 56 as indicated by an arrow B in FIG. 2
  • the base shaft portion 54 inserted through the insertion hole 56a can be guided to revolve (eccentric rotation). Accordingly, the base shaft portion 54 can revolve around the central axis C1 while rotating about the central axis C2.
  • the gear mechanism 58 includes an input side bevel gear 62, a rotation side bevel gear 64, and a revolution side bevel gear 66.
  • the input side bevel gear 62 is a bevel gear connected to the rotating shaft of the motor 80 that is a power source.
  • the input side bevel gear 62 is installed such that the rotation axis thereof is in a direction intersecting (substantially orthogonal to the present embodiment) with respect to the rotation axes of the rotation power transmission member 52 and the revolution track forming member 56.
  • the rotation side bevel gear 64 is a bevel gear that is connected to the rotation power transmission member 52 and is integrally rotatable.
  • the rotation side bevel gear 64 is externally fitted to the rotation power transmission member 52. Therefore, the outer diameter of the rotation side bevel gear 64 is larger than the outer diameter of the rotation power transmission member 52.
  • the rotation-side bevel gear 64 is connected so that the rotation power transmission member 52 and the rotation axis coincide.
  • the revolution-side bevel gear 66 is a bevel gear that is coupled to one end side in the axial direction of the above-described revolution track forming member 56 and can rotate integrally with the revolution track forming member 56.
  • the revolution side bevel gear 66 is externally fitted to the revolution track forming member 56. Therefore, the outer diameter of the revolution-side bevel gear 66 is larger than the outer diameter of the revolution track forming member 56.
  • the revolution-side bevel gear 66 is connected to the revolution track forming member 56 so that the rotation axis coincides.
  • the above-described rotation-side bevel gear 64 and revolution-side bevel gear 66 mesh with the input-side bevel gear 62, respectively. Therefore, when power is input to the input side bevel gear 62 as the motor 80 is driven, power is transmitted to the rotation power transmission member 52 and the revolution track forming member 56 via the rotation side bevel gear 64 and the revolution side bevel gear 66. Distributed and transmitted in parallel. That is, the rotation side power transmission system 70 that transmits power from the motor 80 toward the rotation power transmission member 52 and the revolution side power transmission system 72 that transmits power from the motor 80 toward the revolution track forming member 56 are arranged in parallel. Divided and transmitted. Further, when the input side bevel gear 62 is operated, the rotation side bevel gear 64 and the revolution side bevel gear 66 can be operated while being mechanically synchronized.
  • the rotation side power transmission system 70 is a single-stage power transmission system that transmits the power transmitted from the input side bevel gear 62 to the rotation power transmission member 52 via the rotation side bevel gear 64.
  • the revolution side power transmission system 72 is a single-stage power transmission system that transmits the power transmitted from the input side bevel gear 62 to the revolution track forming member 56 via the revolution side bevel gear 66. Accordingly, the rotation-side power transmission system 70 and the revolution-side power transmission system 72 have the same number of power transmission steps.
  • Rotational power transmission member 52 can be rotated by transmitting the rotational power of motor 80 through rotation side power transmission system 70 described above. Thereby, the base shaft portion 54 and the rotor 20 connected to the rotation power transmission member 52 via the power transmission member 60 can be rotated. Further, by transmitting the power of the motor 80 via the revolution-side power transmission system 72, the revolution track forming member 56 can be rotated. Thereby, the base shaft part 54 (rotor 20) can be eccentrically rotated.
  • the uniaxial eccentric screw pump 10 can advance the fluid conveyance path 40 in the longitudinal direction in the stator 30 by rotating the rotor 20 in the through hole 34 of the stator 30. Therefore, by rotating the rotor 20, the viscous liquid can be sucked into the fluid conveyance path 40 from one end side of the stator 30 and transferred toward the other end side of the stator 30. Further, the traveling direction of the fluid conveyance path 40 can be switched by switching the rotation direction of the rotor 20.
  • the rotor driving mechanism 50 performs a characteristic operation by operating the motor 80. Specifically, when the motor 80 is operated, the input side bevel gear 62 that forms the gear mechanism 58 is rotated. Accordingly, the power is parallel to the two systems of the rotation side power transmission system 70 including the rotation side bevel gear 64 meshing with the input side bevel gear 62 and the revolution side power transmission system 72 including the revolution side bevel gear 66. Branched and transmitted. Due to the power transmitted to the rotation-side power transmission system 70 side, the rotation-side bevel gear 64 and the rotation power transmission member 52 rotate around the central axis C1. Along with this, the base shaft portion 54 (rotor 20) connected to the rotation power transmission member 52 through the power transmission member 60 rotates about the central axis C2.
  • the revolution track forming member 56 rotates around the central axis C1 by the power transmitted to the revolution-side power transmission system 72 side.
  • the base shaft portion 54 (rotor 20) inserted through the insertion hole 56a located away from the central axis C1 revolves (eccentrically rotates) with respect to the central axis C1. Therefore, the base shaft portion 54 (the rotor 20) performs an operation of revolving with the power transmitted from the revolution side power transmission system 72 side while rotating by the power transmitted from the rotation side power transmission system 70 side.
  • the uniaxial eccentric screw pump 10 of the present embodiment has the rotor drive mechanism 50 and can revolve while rotating the rotor 20.
  • the rotor drive mechanism 50 in order to permit the eccentric rotation of the rotor 20, it is not necessary to provide a long rod such as a so-called coupling rod, and the total length of the uniaxial eccentric screw pump 10 can be shortened accordingly.
  • the remaining amount of the fluid remaining in the pump casing 14 when the fluid pumping operation is stopped can be suppressed by the amount that the total length of the uniaxial eccentric screw pump 10 is shortened.
  • uniaxial eccentric screw pump 10 power output from the same motor 80 is distributed in parallel and can be input to the rotation power transmission member 52 and the revolution track forming member 56. Thereby, the operation
  • a rotation-side power transmission system 70 for transmitting rotation power to the rotor 20 and a revolution-side power transmission for transmitting revolution power to the rotor 20.
  • the system 72 is provided, the number of power transmission stages in the power transmission systems 70 and 72 is the same.
  • the single-shaft eccentric screw pump 10 includes a rotation-side umbrella in which the rotor drive mechanism 50 is coupled to an input-side bevel gear 62 connected to the rotation shaft of the motor 80 and a rotation power transmission member 52.
  • the revolving side bevel gear 66 is connected to the revolving track forming member 56, and the rotation side bevel gear 64 and the revolving side bevel gear 66 are engaged with the input side bevel gear 62. ing.
  • each power transmission system 70 and 72 can be simplified and the structure and operation
  • the power output from the motor 80 can be mechanically distributed, and the rotation power transmission member 52 and the revolution track forming member 56 can be linked reliably and smoothly. Therefore, the uniaxial eccentric screw pump 10 can revolve while rotating the rotor 20 without performing control or the like to synchronize the operations of the rotation power transmission member 52 and the revolution track forming member 56.
  • the outer diameters of the rotation-side bevel gear 64 and the revolution-side bevel gear 66 are the rotation power transmission member 52 and the revolution track forming member 56 to which the bevel gears 64 and 66 are connected. It is larger than the outer diameter. Therefore, in the uniaxial eccentric screw pump 10, the torque transmission efficiency from the motor 80 side to the rotation power transmission member 52 side and the revolution track forming member 56 side is high.
  • the outer diameters of the rotation side bevel gear 64 and the revolution side bevel gear 66 are made larger than the outer diameters of the rotation power transmission member 52 and the revolution track forming member 56, respectively, is illustrated. Is not limited to this. That is, the outer diameter of one or both of the rotation side bevel gear 64 and the revolution side bevel gear 66 may be equal to or less than the outer diameter of the rotation power transmission member 52 and the revolution track forming member 56.
  • the base shaft portion 54 and the rotation power transmission member 52 are connected via a power transmission member 60 constituted by an Oldham joint.
  • a power transmission member 60 constituted by an Oldham joint.
  • the rotation of the rotation power transmission member 52 can be transmitted to the base shaft portion 54 and allowed to rotate while allowing the revolution of the base shaft portion 54.
  • the base shaft portion 54 (the rotor 20) can revolve while reliably and smoothly rotating along with the power transmission from the rotation power transmission member 52.
  • the uniaxial eccentric screw pump 10 is preferably configured such that when the power transmission member 60 is assembled, the motor 80 can be rotated around the central axis C ⁇ b> 1 within a predetermined angle range ⁇ .
  • the motor 80 can be rotated around the central axis C ⁇ b> 1 within a predetermined angle range ⁇ .
  • the power transmission member 60 may be any member as long as the base shaft portion 54 (rotor 20) can rotate and rotate smoothly eccentrically.
  • the power transmission member 60 may be configured using a pin roller joint or a pin joint.
  • the present invention can be applied to all uniaxial eccentric screw pumps that exhibit a pump function by revolving (eccentric rotation) while the rotor rotates, and is particularly suitable for applications that require miniaturization.

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Abstract

【課題】装置構成がシンプルかつコンパクトであり、複雑な動作制御を伴うことなくロータを自転及び公転させることが可能な一軸偏心ねじポンプの提供を目的とする。 【解決手段】一軸偏心ねじポンプ10は、ロータ20を自転させつつ公転移動させることが可能なロータ駆動機構50を備えている。ロータ駆動機構50は、一定の中心軸C1を中心として自転可能な自転動力伝達部材52と、ロータ20の基軸部54の自転を許容しつつ及び公転させることが可能な公転軌道形成部材56とを有する。ロータ駆動機構50は、自転動力伝達部材52及び公転軌道形成部材56に対して、同一のモータ80から出力された動力を並列に分配して伝達し、自転動力伝達部材52及び公転軌道形成部材56を機械的に同期させつつ自転させると共に、ロータ20を自転させつつ公転させることができる。

Description

一軸偏心ねじポンプ
 本発明は、ロータを自転させつつ公転させることが可能なロータ駆動機構を備えた一軸偏心ねじポンプに関する。
 従来、下記特許文献1~3に開示されているような一軸偏心ねじポンプが提供されている。下記特許文献1に開示されている一軸偏心ねじポンプにおいては、ポンプ機構を構成するロータがカップリングロッドを介して動力源と接続されている。これにより、ロータが自転しつつ公転(偏心回転)可能とされている。
 また、下記特許文献2に開示されている一軸偏心ねじポンプは、動力源側とロータとの間にロータ駆動機構が設けられており、これによりロータの自転及び公転を許容している。この一軸偏心ねじポンプにおいて用いられているロータ駆動機構は、いわゆる遊星歯車機構あるいはこれに類するものとされている。
 また、下記特許文献3に開示されている一軸偏心ねじポンプは、ロータを自転させるための自転用速度制御駆動部と、ロータを公転させるための公転用速度制御駆動部とを別々に設けた構成とされている。この一軸偏心ねじポンプにおいては、自転用速度制御駆動部及び公転用速度制御駆動部をなす各モータの動作を同期させる制御を実行することにより、ロータを自転させつつ公転させている。
特開2012-154215号公報 特許第5070515号公報 特開2009-047061号公報
 ここで、上述した特許文献1及び特許文献3に係る従来技術の一軸偏心ねじポンプでは、カップリングロッド等の長尺のロッドを設ける必要がある。そのため、これらの従来技術に係る一軸偏心ねじポンプにおいては、全長が長く大型化してしまうという問題がある。さらにこれに付随して、流動体の圧送を停止した際に、ポンプケーシング内における流動体の残存量が多くなってしまうという問題もある。
 また、上述した特許文献3の一軸偏心ねじポンプのように、ロータの自転用、及び公転用として別々の駆動源を設けた場合には、その分だけ装置構成及び動作制御が複雑化してしまうという問題がある。同様に、上述した特許文献2に係る従来技術の一軸偏心ねじポンプのように、いわゆる遊星歯車機構あるいはこれに類するものをロータ駆動機構として動力源側とロータとの間に配置した場合についても、装置構成が複雑化してしまうという問題がある。
 そこで、本発明は、装置構成がシンプルかつコンパクトであり、複雑な動作制御を伴うことなくロータを自転及び公転させることが可能な一軸偏心ねじポンプの提供を目的とした。
 上述した課題を解決すべく提供される本発明の一軸偏心ねじポンプは、雌ねじ型の挿通孔を備えたステータに対し、雄ねじ型のロータを挿入したものであって、前記ロータを自転させつつ公転させることが可能なロータ駆動機構を備えており、前記ロータ駆動機構が、一定の中心軸を中心として自転することにより、前記ロータを自転させる自転動力伝達部材と、前記ロータの基軸部の自転を許容しつつ、前記基軸部を所定の公転軌道で公転させる公転軌道形成部材とを有し、前記自転動力伝達部材及び前記公転軌道形成部材に対して、同一の動力源から出力された動力を並列に分配して伝達することにより、前記自転動力伝達部材及び前記公転軌道形成部材を機械的に同期させつつ作動させ、前記ロータを、自転させつつ公転させることができることを特徴とするものである。
 本発明の一軸偏心ねじポンプは、ロータを自転させつつ公転させることが可能なロータ駆動機構を備えている。これにより、本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、従来技術においてロータを自転しつつ公転可能なように動力源に対して接続するために用いられていたカップリングロッド等の長尺のロッドを設ける必要がなくなり、その分だけ全長を短くすることができる。従って、本発明によれば、全長が短くコンパクトな構成の一軸偏心ねじポンプを提供することができる。また、一軸偏心ねじポンプを停止させた際に内部に残存する流動物の残量を最小限に抑制できる。
 また、本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、同一の動力源から出力された動力を並列に分配してロータ駆動機構を構成する自転動力伝達部材及び公転軌道形成部材に対して入力可能とされている。また、動力が入力されると自転動力伝達部材及び公転軌道形成部材が機械的に同期しつつ作動し、特別な制御等を行うことなくロータを自転させつつ公転させることができ、ポンプ機能を発揮させうる。そのため、本発明の一軸偏心ねじポンプによれば、ロータを駆動させるための動作制御、及び装置構成を簡素化することができる。
 上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記ロータ駆動機構が、前記動力源から前記自転動力伝達部材に向けて単段階又はあるいは多段階で動力伝達可能なように形成された自転側動力伝達系統と、前記動力源から前記公転軌道形成部材に向けて単段階又はあるいは多段階で動力伝達可能なように形成された公転側動力伝達系統とを有し、前記自転側動力伝達系統、及び前記公転側動力伝達系統の段階数が同一とされていることが好ましい。
 かかる構成とすることにより、一軸偏心ねじポンプの構成及び動作制御を簡素化することが可能となる。
 上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記ロータ駆動機構が、前記動力源の回転軸に対して接続される入力側傘歯車と、前記公転軌道形成部材に対して連結された公転側傘歯車と、前記自転動力伝達部材に対して連結された自転側傘歯車とを有し、前記入力側傘歯車に対し、前記公転側傘歯車及び前記自転側傘歯車が噛合していることを特徴とするものであることが望ましい。
 かかる構成とすることにより、動力源から出力された動力を入力側傘歯車から公転側傘歯車及び自転側傘歯車に対して機械的に分配し、自転動力伝達部材及び公転軌道形成部材を確実かつスムーズに連動させることができる。従って、本発明の一軸偏心ねじポンプでは、自転動力伝達部材及び公転軌道形成部材の動作を同期させる制御等を行うことなく、ロータを自転させつつ公転させることができる。
 上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記公転側傘歯車、及び自転側傘歯車の少なくともいずれか一方の傘歯車の外径が、当該傘歯車が連結された前記公転軌道形成部材あるいは前記自転動力伝達部材の外径よりも大きいものであることが好ましい。
 かかる構成とすることにより、公転軌道形成部材や自転動力伝達部材へのトルクの伝達効率を向上させることが可能となる。
 上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記基軸部及び前記自転動力伝達部材が、動力伝達部を介して接続されており、前記動力伝達部が、前記基軸部の公転を許容しつつ、前記自転動力伝達部材の回転を前記基軸部に伝達して自転させることが可能なものであることが望ましい。
 かかる構成とすることにより、ロータをスムーズに自転させつつ、公転させることが可能となる。
 上述した動力伝達部には、例えばオルダムジョイント、及びピンローラジョイント等、様々なものを用いることができる。
 本発明によれば、全長が短くコンパクトな構成であって、動作を停止させた際に内部に残存する流動物の残量を最小限に抑制可能な一軸偏心ねじポンプを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る一軸偏心ねじポンプを示す断面図である。 図1に示す実施形態における公転軌道形成部材に対してロータの基軸部を挿通した状態を示す断面図である。 図1に示した一軸偏心ねじポンプの変形例を示す断面図である。 動力伝達部材の組み付け時に、モータを回動可能とした一軸偏心ねじポンプの側面図である。
 以下、本発明の一実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ10について、図面を参照しつつ詳細に説明する。一軸偏心ねじポンプ10は、回転容積式のポンプである。図1に示すように、一軸偏心ねじポンプ10は、動力を受けて偏心回転する雄ねじ型のロータ20と、内周面が雌ねじ型に形成されたステータ30とを有する。一軸偏心ねじポンプ10は、ロータ20及びステータ30によって主要部が構成されるポンプ機構12をポンプケーシング14に内蔵させた構成とされている。
 ロータ20は、n条(本実施形態ではn=1)の雄ねじ形状とされた金属製の軸体である。ロータ20は、長手方向のいずれの位置で断面視しても、その断面形状が略真円形となるように形成されている。ステータ30は、略円筒形であって、内周面32がn+1条(本実施形態ではn=1)の雌ネジ形状に形成された部材である。ステータ30の貫通孔34は、ステータ30の長手方向のいずれの位置において断面視しても、その断面形状(開口形状)が略長円形となるように形成されている。
 ロータ20は、上述したステータ30に形成された貫通孔34に挿通され、貫通孔34の内部において自由に偏心回転可能とされている。ロータ20の基端側の端部は、後に詳述するロータ駆動機構50を介して駆動源たるモータ80に接続されている。ロータ駆動機構50は、モータ80から入力される動力により、ロータ20を自転させつつ公転(偏心回転)させることを可能とするものである。
 ロータ20をステータ30に対して挿通すると、ロータ20の外周面22とステータ30の内周面32とが両者の接線で密接した状態になり、流体搬送路40(キャビティ)が形成される。流体搬送路40は、ステータ30やロータ20の長手方向に向けて螺旋状に延びるように形成される。
 ポンプケーシング14は、ポンプ機構収容部14aと、駆動機構収容部14bとに大別される。ポンプ機構収容部14aには、円筒状の外観形状を有する筒状体であり、ロータ20及びステータ30によって主要部が構成されたポンプ機構12が収容されている。また、駆動機構収容部14bには上述したロータ駆動機構50が収容されておいる。
 ロータ駆動機構50は、ロータ20を自転させつつ公転させることを可能とする駆動機構である。ロータ駆動機構50は、自転動力伝達部材52と、公転軌道形成部材56と、歯車機構部58と、動力伝達部材60(動力伝達部)とを有する。
 自転動力伝達部材52は、自身が自転することによりロータ20を自転させるための部材である。具体的には、自転動力伝達部材52は、駆動機構収容部14b内において軸受53により支持され、一定の中心軸C1を中心として自転可能とされた軸状の部材である。自転動力伝達部材52は、動力伝達部材60を介してロータ20の基軸部54に動力伝達可能なように接続されている。そのため、自転動力伝達部材52が自転することにより、ロータ20を自転させることができる。
 動力伝達部材60は、基軸部54(ロータ20)の公転(偏心回転)を許容しつつ、自転動力伝達部材52の回転を基軸部54に伝達して自転させることを可能とする部材である。本実施形態では、動力伝達部材60としてオルダムジョイントが用いられている。すなわち、動力伝達部材60は、自転動力伝達部材52及び基軸部54の端部に設けられた円板60a,60bに互いに直交する溝60c,60dを設けると共に、表裏に互いに直角方向の突起60e,60fを有する円板状の中間ディスク60gを介在させることにより、自転動力伝達部材52及び基軸部54を接続している。
 公転軌道形成部材56は、ロータ20の基軸部54の自転(図2の矢印A参照)を許容しつつ、基軸部54を所定の公転軌道で公転(図2の矢印B参照)させるための部材である。具体的には、図1に示すように、公転軌道形成部材56は、駆動機構収容部14b内において軸受57によって回転自在に支持された筒状の部材である。公転軌道形成部材56は、挿通孔56aを備えており、挿通孔56a内において軸受59を介して基軸部54を回転(自転)可能なように支持可能とされている。そのため、挿通孔56aに挿通された基軸部54は、自由に自転することができる。
 また、図2に示すように、挿通孔56aは、公転軌道形成部材56の軸心位置を離れた位置に設けられた丸孔とされている。これにより、図2に示すように、基軸部54は、中心軸C1を外れた中心軸C2を中心として自転可能とされている。また、図2に矢印Bで示すように公転軌道形成部材56を自転させることにより、挿通孔56aに挿通された基軸部54を公転(偏心回転)するように案内することができる。従って、基軸部54は、中心軸C2を中心として自転しつつ、中心軸C1を中心として公転することができる。
 歯車機構部58は、入力側傘歯車62と、自転側傘歯車64と、公転側傘歯車66とを備えている。入力側傘歯車62は、動力源であるモータ80の回転軸に対して接続される傘歯車である。入力側傘歯車62は、回転軸が自転動力伝達部材52や公転軌道形成部材56の回転軸に対して交差する(本実施形態では略直交する)方向に向くように設置されている。
 自転側傘歯車64は、自転動力伝達部材52に対して連結され一体的に回転可能とされた傘歯車である。自転側傘歯車64は、自転動力伝達部材52に対して外嵌されている。そのため、自転側傘歯車64の外径は、自転動力伝達部材52の外径よりも大きい。自転側傘歯車64は、自転動力伝達部材52と回転軸が一致するように連結されている。
 公転側傘歯車66は、上述した公転軌道形成部材56の軸方向一端側に連結され、公転軌道形成部材56と一体的に回転可能とされた傘歯車である。公転側傘歯車66は、公転軌道形成部材56に対して外嵌されている。そのため、公転側傘歯車66の外径は、公転軌道形成部材56の外径よりも大きい。公転側傘歯車66は、公転軌道形成部材56と回転軸が一致するように連結されている。
 上述した自転側傘歯車64及び公転側傘歯車66は、それぞれ入力側傘歯車62と噛合している。そのため、モータ80の駆動に伴って入力側傘歯車62に動力が入力されると、自転側傘歯車64及び公転側傘歯車66を介して自転動力伝達部材52及び公転軌道形成部材56に動力が並列分配され伝達される。すなわち、モータ80から自転動力伝達部材52に向けて動力伝達する自転側動力伝達系統70と、モータ80から公転軌道形成部材56に向けて動力伝達する公転側動力伝達系統72の2系統に並列に分岐されて伝達される。また、入力側傘歯車62が作動することにより、自転側傘歯車64及び公転側傘歯車66を機械的に同期させつつ作動させることができる。
 自転側動力伝達系統70は、入力側傘歯車62から伝達された動力を自転側傘歯車64を経て自転動力伝達部材52に伝達する単段階の動力伝達系統とされている。また、公転側動力伝達系統72は、入力側傘歯車62から伝達された動力を公転側傘歯車66を経て公転軌道形成部材56に伝達する単段階の動力伝達系統とされている。従って、自転側動力伝達系統70及び公転側動力伝達系統72は、動力伝達の段階数が最小限かつ同一とされている。
 上述した自転側動力伝達系統70を経てモータ80の回転動力を伝達させることにより、自転動力伝達部材52を自転させることができる。これにより、自転動力伝達部材52に対して動力伝達部材60を介して接続された基軸部54及びロータ20を自転させることができる。また、公転側動力伝達系統72を介してモータ80の動力を伝達させることにより、公転軌道形成部材56を自転させることができる。これにより、基軸部54(ロータ20)を偏心回転させることができる。
 続いて、一軸偏心ねじポンプ10の動作について説明する。一軸偏心ねじポンプ10は、ロータ20をステータ30の貫通孔34内において回転させることにより、ステータ30内において流体搬送路40を長手方向に進めることができる。そのため、ロータ20を回転させることにより、ステータ30の一端側から流体搬送路40内に粘性液を吸い込み、ステータ30の他端側に向けて移送することが可能である。また、ロータ20の回転方向を切り替えることにより、流体搬送路40の進行方向を切り替えることができる。
 ここで、一軸偏心ねじポンプ10においては、モータ80を作動させることによりロータ駆動機構50が特徴的な動作を行う。具体的には、モータ80を作動させると、歯車機構部58をなす入力側傘歯車62が回転する。これに伴い、入力側傘歯車62に噛合している自転側傘歯車64を含む自転側動力伝達系統70、及び公転側傘歯車66を含む公転側動力伝達系統72の2系統に動力が並列に分岐され伝達される。自転側動力伝達系統70側に伝達された動力により、自転側傘歯車64及び自転動力伝達部材52が中心軸C1を中心として自転する。これに伴い、動力伝達部材60を介して自転動力伝達部材52に連結されている基軸部54(ロータ20)が中心軸C2を中心として自転する。
 一方、公転側動力伝達系統72側に伝達された動力により、公転軌道形成部材56が中心軸C1を中心として自転する。これに伴い、中心軸C1から離れた位置にある挿通孔56aに挿通されている基軸部54(ロータ20)が、中心軸C1に対して公転(偏心回転)する。そのため、基軸部54(ロータ20)は、自転側動力伝達系統70側から伝達された動力により自転しつつ、公転側動力伝達系統72側から伝達された動力により公転する動作を行う。このようにしてステータ30の貫通孔34内においてロータ20が動作することにより、ステータ30内において流体搬送路40が長手方向に進み、流動物を圧送することができる。
 上述したように、本実施形態の一軸偏心ねじポンプ10は、ロータ駆動機構50を有し、ロータ20を自転させつつ公転させることが可能とされている。これにより、ロータ20の偏心回転を許容するために、いわゆるカップリングロッド等の長尺のロッドを設ける必要がなくなり、その分だけ一軸偏心ねじポンプ10の全長を短くすることができる。また、一軸偏心ねじポンプ10の全長が短くなる分だけ、流動体の圧送動作を停止した際にポンプケーシング14内に残存してしまう流動物の残量を抑制できる。
 また、上述した一軸偏心ねじポンプ10においては、同一のモータ80から出力された動力を並列に分配させ、自転動力伝達部材52及び公転軌道形成部材56に対して入力可能とされている。これにより、ロータ20が偏心回転しつつ自転する動作をスムーズに行わせ、優れたポンプ機能を発揮させることができる。従って、一軸偏心ねじポンプ10においては、ロータ20の自転及び公転の動作制御を個別に行う必要がない。また、ロータ20の自転及び公転をそれぞれ実施するための動力源を別々に用意する必要がない。従って、一軸偏心ねじポンプ10によれば、ロータ20を駆動させるための動作制御及び構成を簡素化することができる。
 上述した一軸偏心ねじポンプ10においては、ロータ20に対して自転用の動力を伝達するための自転側動力伝達系統70、及びロータ20に対して公転用の動力を伝達するための公転側動力伝達系統72が設けられているが、各動力伝達系統70,72における動力伝達の段階数が同一とされている。具体的には、一軸偏心ねじポンプ10は、ロータ駆動機構50が、モータ80の回転軸に対して接続される入力側傘歯車62と、自転動力伝達部材52に対して連結された自転側傘歯車64と、公転軌道形成部材56に対して連結された公転側傘歯車66とを有し、入力側傘歯車62に対し、自転側傘歯車64及び公転側傘歯車66が噛合した構成とされている。このような構成とすることにより、各動力伝達系統70,72を簡素化し、一軸偏心ねじポンプ10の構成及び動作制御を簡素化することができる。また、モータ80から出力された動力を機械的に分配し、自転動力伝達部材52及び公転軌道形成部材56を確実かつスムーズに連動させることができる。従って、一軸偏心ねじポンプ10では、自転動力伝達部材52及び公転軌道形成部材56の動作を同期させる制御等を行うことなく、ロータ20を自転させつつ公転させることができる。
 本実施形態の一軸偏心ねじポンプ10においては、自転側傘歯車64及び公転側傘歯車66の外径が、これらの傘歯車64,66が連結された自転動力伝達部材52及び公転軌道形成部材56の外径よりも大きい。そのため、一軸偏心ねじポンプ10においては、モータ80側から自転動力伝達部材52側及び公転軌道形成部材56側へのトルク伝達効率が高い。
 なお、本実施形態においては、自転側傘歯車64及び公転側傘歯車66の外径をそれぞれ自転動力伝達部材52及び公転軌道形成部材56の外径よりも大きくした例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、自転側傘歯車64及び公転側傘歯車66のいずれか一方又は双方の外径が、自転動力伝達部材52及び公転軌道形成部材56の外径以下であっても良い。
 上述した一軸偏心ねじポンプ10は、基軸部54及び自転動力伝達部材52が、オルダムジョイントによって構成された動力伝達部材60を介して接続されている。これにより、基軸部54の公転を許容しつつ、自転動力伝達部材52の回転を基軸部54に伝達して自転させることが可能とされている。このような構成とすることにより、自転動力伝達部材52からの動力伝達に伴って基軸部54(ロータ20)が確実かつスムーズに自転しつつ、公転することが可能となる。
 また、図4に示すように、一軸偏心ねじポンプ10は、動力伝達部材60の組み付け時に、モータ80を中心軸C1を中心として所定の角度範囲θにおいて回動可能な構成とすることが好ましい。かかる構成とすることにより、組み付け作業時にモータ80の出力軸に取り付けられた入力側傘歯車62に対して自転側傘歯車64及び公転側傘歯車66を噛合させる作業を容易に行え、組み付け作業性がより一層向上する。
 なお、本実施形態では、動力伝達部材60として、オルダムジョイントを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、動力伝達部材60は、基軸部54(ロータ20)をスムーズに偏心回転させつつ自転させることが可能なものであればいかなるものであっても良い。具体的には、図3に示すように、動力伝達部材60として、ピンローラジョイントやピンジョイントのようなものを用いた構成としても良い。
 本発明は、ロータが自転しつつ公転(偏心回転)することによりポンプ機能を発揮する一軸偏心ねじポンプ全般において適用可能であり、特に小型化が要求される用途に好適である。
 10    一軸偏心ねじポンプ
 20    ロータ
 30    ステータ
 50    ロータ駆動機構
 52    自転動力伝達部材
 54    基軸部
 56    公転軌道形成部材(公転案内部)
 60    動力伝達部材
 62    入力側傘歯車
 64    自転側傘歯車
 66    公転側傘歯車
 80    モータ
 70    自転側動力伝達系統
 72    公転側動力伝達系統
 C1,C2 中心軸

Claims (5)

  1.  雌ねじ型の挿通孔を備えたステータに対し、雄ねじ型のロータを挿入した一軸偏心ねじポンプであって、
     前記ロータを自転させつつ公転させることが可能なロータ駆動機構を備えており、
     前記ロータ駆動機構が、
     一定の中心軸を中心として自転することにより、前記ロータを自転させる自転動力伝達部材と、
     前記ロータの基軸部の自転を許容しつつ、前記基軸部を所定の公転軌道で公転させる公転軌道形成部材とを有し、
     前記自転動力伝達部材及び前記公転軌道形成部材に対して、同一の動力源から出力された動力を並列に分配して伝達することにより、前記自転動力伝達部材及び前記公転軌道形成部材を機械的に同期させつつ作動させ、前記ロータを、自転させつつ公転させることができることを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
  2.  前記ロータ駆動機構が、
     前記動力源から前記自転動力伝達部材に向けて単段階又はあるいは多段階で動力伝達可能なように形成された自転側動力伝達系統と、
     前記動力源から前記公転軌道形成部材に向けて単段階又はあるいは多段階で動力伝達可能なように形成された公転側動力伝達系統とを有し、
     前記自転側動力伝達系統、及び前記公転側動力伝達系統の段階数が同一と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。
  3.  前記ロータ駆動機構が、
     前記動力源の回転軸に対して接続される入力側傘歯車と、
     前記公転軌道形成部材に対して連結された公転側傘歯車と、
     前記自転動力伝達部材に対して連結された自転側傘歯車とを有し、
     前記入力側傘歯車に対し、前記公転側傘歯車及び前記自転側傘歯車が噛合していることを特徴とする請求項1又は2に記載の一軸偏心ねじポンプ。
  4.  前記公転側傘歯車、及び前記自転側傘歯車の少なくともいずれか一方の傘歯車の外径が、当該傘歯車が連結された前記公転軌道形成部材あるいは前記自転動力伝達部材の外径よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の一軸偏心ねじポンプ。
  5.  前記基軸部及び前記自転動力伝達部材が、動力伝達部を介して接続されており、
     前記動力伝達部が、前記基軸部の公転を許容しつつ、前記自転動力伝達部材の回転を前記基軸部に伝達して自転させることが可能なものであることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の一軸偏心ねじポンプ。
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