WO2016013504A1 - 一軸偏心ねじポンプ - Google Patents

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WO2016013504A1
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rotor
connection end
side connection
shaft coupling
shaft
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PCT/JP2015/070511
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English (en)
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Inventor
田中　圭
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兵神装備株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/50—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members
    • F16D3/72—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members with axially-spaced attachments to the coupling parts
    • F16D3/74—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members with axially-spaced attachments to the coupling parts the intermediate member or members being made of rubber or other rubber-like flexible material

Definitions

  • the present invention relates to a uniaxial eccentric screw pump.
  • a uniaxial eccentric screw pump as disclosed in Patent Document 1 below has been provided.
  • a flexible rod is employed as a shaft coupling for connecting a drive-side shaft body rotated by rotational power generated in a drive machine and a passive-side shaft body constituting a rotor. .
  • the flexible rod used in the above-described prior art needs to be long to allow the eccentric rotating rotor to move. Therefore, in the prior art, the total length of the uniaxial eccentric screw pump tends to be long.
  • an object of the present invention is to provide a single-shaft eccentric screw pump that is compact in the length direction and hardly causes problems such as mixing of fluid in a shaft joint.
  • the single-shaft eccentric screw pump of the present invention provided to solve the above-described problem is capable of being inserted through the rotor that is constituted by a drive-side rotating portion that is rotated by the power of a drive machine, a male screw-type shaft body, and the rotor. And a stator having an inner peripheral surface formed in a female screw shape, and the drive side rotation so that the rotor rotates eccentrically so as to revolve along the inner peripheral surface of the stator while rotating inside the stator. And a shaft coupling that connects the rotor and the shaft coupling, the shaft coupling is constituted by a flexible shaft coupling, and has an elastic force in the axial direction.
  • a flexible shaft joint is employed as a shaft joint for connecting the drive side rotating portion and the rotor.
  • the bending shaft coupling is a shaft coupling capable of suppressing twisting in the direction around the axis while allowing bending in a direction intersecting the axial direction. Therefore, in the uniaxial eccentric screw pump of the present invention, the rotor can be smoothly rotated inside the stator without causing stick slip. Thereby, the operational stability of the uniaxial eccentric screw pump can be improved.
  • the total length of the uniaxial eccentric screw pump is not increased as in the case where a flexible rod is employed.
  • a flexible shaft coupling it is possible to minimize the problem of foreign matters mixed into the fluid due to wear of the shaft coupling.
  • the shaft coupling has elasticity in the axial direction (thrust direction). Therefore, in the single-shaft eccentric screw pump of the present invention, when an excessive discharge pressure is applied, the shaft coupling contracts in the axial direction. Accordingly, the relative position of the rotor with respect to the stator is shifted in the axial direction, and it is possible to avoid an excessive discharge pressure from acting on the shaft coupling. Therefore, the single-shaft eccentric screw pump of the present invention can discharge fluid properly within a proper discharge pressure range, and the shaft joint can be damaged by an excessive load even when the discharge pressure becomes excessive. Can be suppressed.
  • a uniaxial eccentric screw pump of the present invention provided to solve the same problem includes a driving side rotating portion that is rotated by the power of a driving machine, a rotor constituted by a male screw type shaft body, and the rotor inserted therethrough. And a stator having an inner peripheral surface formed in a female screw shape, and the drive so that the rotor can rotate eccentrically so as to revolve along the inner peripheral surface of the stator while rotating inside the stator. And a shaft coupling that connects the rotor and the shaft coupling, the shaft coupling having an elastic force in the axial direction of the rotor, and allowing bending in a direction intersecting the axial direction.
  • the twist in the direction around the axis can be suppressed.
  • a shaft coupling that can suppress the twisting in the direction around the axis while allowing the bending in the direction intersecting the axis is adopted.
  • the rotor can be rotated inside the stator without causing stick slip. Thereby, the operational stability of the uniaxial eccentric screw pump can be improved.
  • the shaft coupling as employed in the present invention it is possible to suppress the overall length of the uniaxial eccentric screw pump from being increased as in the case of employing a flexible rod. Furthermore, according to the present invention, it is possible to minimize the problem of foreign matters mixed into the fluid due to wear of the shaft coupling.
  • the shaft coupling has elasticity in the axial direction of the rotor, and when an excessive discharge pressure is applied, the shaft coupling contracts in the axial direction. For this reason, even if the discharge pressure becomes excessive, the discharge pressure is reduced because the relative position of the rotor with respect to the stator is shifted in the axial direction. Thereby, it can avoid that a shaft coupling is damaged by the influence of discharge pressure.
  • the elastic coefficient of at least a part of the shaft coupling in the longitudinal direction is equal to or less than the elastic coefficient of the other part.
  • the elastic modulus is set to be equal to or less than that of at least a part in the longitudinal direction of the shaft coupling. That is, the shaft coupling used in the present invention has a property of being easily bent at least at a part and a property of being hardly twisted at another part. Therefore, with the above-described configuration, the shaft coupling as a whole can be optimized for bending and twisting. That is, the shaft coupling may be provided with a characteristic that can cause bending but is difficult to twist. Thereby, even if it uses under severe use conditions which pump a low-viscosity fluid at low speed, generation
  • the elasticity of the shaft coupling in the thrust direction can be adjusted easily and accurately. Therefore, according to the present invention, the elasticity of the shaft coupling in the thrust direction can be optimized so that an appropriate discharge pressure can be exhibited.
  • the shaft coupling has a drive side connection end connected to the drive side rotating portion and a rotor side connection end connected to the rotor side, and the drive side
  • the elastic modulus of the connection end and the rotor side connection end may be equal to or less than the intermediate portion between the drive side connection end and the rotor side connection end.
  • the shaft coupling used in the present invention tends to bend more easily at the both end portions (drive side connection end and rotor side connection end) than the intermediate portion. Further, the intermediate portion tends to be less twisted than both end portions of the shaft coupling. Therefore, the above-described shaft coupling can suppress twisting while allowing bending as a whole. Since the single-shaft eccentric screw pump of the present invention uses such a shaft coupling, stick slip hardly occurs and the rotor can be smoothly rotated.
  • the shaft coupling includes a drive side connection end connected to the drive side rotating portion, and a rotor side connection end connected to the rotor side,
  • the elastic modulus of the drive side connection end and the rotor side connection end may be greater than or equal to an intermediate portion between the drive side connection end and the rotor side connection end.
  • the shaft coupling used in the present invention tends to bend more easily at the intermediate portion than at both end portions (drive side connection end and rotor side connection end). Further, both end portions of the shaft coupling tend to be less twisted than the intermediate portion. Therefore, the above-described shaft coupling has a characteristic capable of suppressing twisting while allowing bending as a whole. Since the uniaxial eccentric screw pump of the present invention employs such a shaft coupling, stick slip hardly occurs and the rotor can be smoothly rotated.
  • the intermediate portion is formed in a columnar shape or a cylindrical shape, and either one or both of the drive side connection end and the rotor side connection end are formed in a coil spring shape. It is desirable to be a thing.
  • the shaft coupling used in the present invention has both end portions more easily bent than the intermediate portion, and the intermediate portion tends to be less twisted than both end portions of the shaft joint, and can suppress the twist while allowing the bending as a whole. Has characteristics. Since the uniaxial eccentric screw pump of the present invention uses such a shaft coupling, stick slip is hardly generated and the operation stability is excellent.
  • At least one of the drive side connection end and the rotor side connection end is formed in a coil spring shape. Therefore, when the thrust load due to the discharge pressure is excessive, the shaft coupling is contracted. Thereby, it will be in the state which the rotor moved to the drive side. Further, the line contact of the outer peripheral surface of the rotor with the inner peripheral surface of the stator is released. As a result, it is possible to avoid an excessively large pressure from acting on the shaft coupling or the like, and to suppress the risk of damage to the shaft coupling or the like.
  • the diameter of the shaft coupling is equal to or larger than the diameter of one or both of the driving side rotating portion and the rotor.
  • the torque rigidity of the shaft coupling is further improved and the twist can be suppressed, so that the occurrence of stick-slip can be suppressed to the minimum.
  • the outer peripheral surface of the rotor is in line contact with the inner peripheral surface of the stator, and a fluid conveyance path is formed from the rotor side to the driver side. It is preferable that the rotor is allowed to move toward the drive unit on the condition that the load acting on the rotor exceeds a predetermined magnitude, and the line contact between the rotor and the stator is released. .
  • the uniaxial eccentric screw pump 10 is a so-called rotary displacement type pump configured with a uniaxial eccentric screw pump mechanism 30 as a main part.
  • the uniaxial eccentric screw pump 10 is configured such that a stator 50, a rotor 60, a power transmission mechanism 70, and the like are accommodated in a casing 40.
  • the casing 40 is a cylindrical member made of metal, and a first opening 42 is provided on one end in the longitudinal direction.
  • a second opening 44 is provided on the outer peripheral portion of the casing 40. The second opening 44 communicates with the internal space of the casing 40 at an intermediate portion 46 located at an intermediate portion in the longitudinal direction of the casing 40.
  • the first opening 42 and the second opening 44 are portions that function as a suction port and a discharge port of the pump mechanism 30, respectively.
  • the uniaxial eccentric screw pump 10 can function the first opening 42 as a discharge port and the second opening 44 as a suction port by rotating the rotor 60 in the forward direction. Further, by rotating the rotor 60 in the reverse direction, the first opening 42 can function as a suction port and the second opening 44 can function as a discharge port.
  • the stator 50 is a member having a substantially cylindrical external shape formed of an elastic body such as rubber or a material mainly composed of resin or the like.
  • the through hole 54 of the stator 50 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 50.
  • the rotor 60 is formed so that its cross-sectional shape is substantially a perfect circle when viewed in cross section at any position in the longitudinal direction.
  • the rotor 60 is inserted into the through hole 54 formed in the stator 50 described above, and can be freely rotated eccentrically inside the through hole 54.
  • a fluid conveyance path 56 (cavity) is formed between the two.
  • the fluid conveyance path 56 extends spirally in the longitudinal direction of the stator 50 and the rotor 60.
  • the fluid conveyance path 56 advances in the longitudinal direction of the stator 50 while rotating in the stator 50. Therefore, when the rotor 60 is rotated, the fluid is sucked into the fluid conveyance path 56 from one end side of the stator 50 and is transferred toward the other end side of the stator 50 in a state of being confined in the fluid conveyance path 56. It is possible to discharge at the other end side of the stator 50.
  • the pump mechanism 30 of the present embodiment is used by rotating the rotor 60 in the forward direction, and can pump the viscous liquid sucked from the second opening 44 and discharge it from the first opening 42. Yes.
  • the power transmission mechanism 70 is for transmitting power from the drive unit 80 to the rotor 60 described above.
  • the power transmission mechanism 70 includes a power transmission unit 72 and an eccentric rotation unit 74.
  • the power transmission unit 72 is provided on one end side in the longitudinal direction of the casing 40.
  • the power transmission unit 72 has a rotation shaft 73 (drive side rotation unit) that rotates by receiving the power of the drive unit 80.
  • the eccentric rotating part 74 is provided in the intermediate part 46 of the casing 40.
  • the eccentric rotation part 74 is a part which connects the power transmission part 72 and the rotor 60 so that power transmission is possible.
  • a shaft coupling 76 which will be described in detail later, is employed for the eccentric rotating portion 74. Thereby, the eccentric rotating part 74 can transmit the rotational power generated by operating the driving machine 80 to the rotor 60 and rotate the rotor 60 eccentrically.
  • the shaft coupling 76 is used for connecting the power transmission unit 72 and the rotor 60 so that the rotor 60 can rotate eccentrically so as to revolve along the inner peripheral surface 52 of the stator 50 while rotating on the inner side of the stator 50. It is a joint.
  • the shaft coupling 76 is a so-called flexible shaft coupling.
  • the shaft coupling 76 is a joint having a characteristic capable of suppressing twisting in the direction around the axis while allowing bending in a direction intersecting the axis direction.
  • the shaft joint 76 is a joint having a shaft-like or cylindrical appearance shape in which at least a part of the elastic coefficient in the longitudinal direction of the shaft joint is equal to or less than the elastic coefficient of the other part.
  • the shaft coupling 76 is formed by machining a solid metal shaft.
  • the shaft coupling 76 has a coil spring-like drive side connection end 76a and a rotor side connection end 76b at both axial ends, and a solid intermediate portion 76c between the two. .
  • the shaft coupling 76 has an elastic coefficient at the intermediate portion 76c that is equal to or less than the elastic coefficient of the drive side connection end 76a and the rotor side connection end 76b provided at both ends.
  • the diameter of the shaft coupling 76 is set to be equal to or larger than the diameters of both the power transmission unit 72 and the rotor 60.
  • the shaft coupling 76 is connected to the rotor 60 and the power transmission unit 72 using a connecting pin 90.
  • the connecting pin 90 is a pin having screw portions 92 and 94 formed with reverse screws at both ends.
  • the drive side connection end 76a and the rotor side connection end 76b of the shaft coupling 76 are provided with screw holes 78a and 78b having reverse screw shapes.
  • reverse screw-like screw holes 60 a and 73 a are also provided at the base end portion of the rotor 60 and the tip end portion of the rotating shaft 73 of the power transmission portion 72.
  • the rotor 60 and the shaft coupling 76 are connected by screwing the screw portions 92 and 94 of the connecting pin 90 into the screw holes 60a and 78a.
  • the rotating shaft 73 and the shaft coupling 76 of the power transmission portion 72 are connected by screwing the screw portions 92 and 94 of the connecting pin 90 into the screw holes 73a and 78b.
  • a flexible shaft coupling is employed as the shaft coupling 76 that connects the rotating shaft 73 and the rotor 60. That is, as the shaft coupling 76, a shaft coupling 76 that is capable of suppressing twisting in the direction around the axis while allowing bending in the direction intersecting the axis is used. Therefore, in the single-shaft eccentric screw pump 10, even if it is used under severe usage conditions in which a low-viscosity fluid is pumped at a low speed, stick-slip does not occur, and the rotor 60 can be smoothly moved inside the stator 50. Can be rotated. Therefore, the uniaxial eccentric screw pump 10 is excellent in terms of operation stability.
  • the shaft joint 76 since a flexible shaft joint is adopted as the shaft joint 76, the distance between the rotating shaft 73 and the rotor 60 does not become longer as when a flexible rod is used. Thereby, the uniaxial eccentric screw pump 10 can be made compact in the longitudinal direction. Further, the bent shaft coupling forming the shaft coupling 76 does not generate foreign matter due to wear compared to the pin joint. Therefore, in the single-shaft eccentric screw pump 10, the problem of foreign matter mixing into the fluid due to wear of the shaft coupling 76 can be minimized.
  • the shaft coupling 76 has elasticity in the axial direction. Therefore, when an excessive discharge pressure is applied, the shaft coupling 76 contracts in the axial direction, the relative position of the rotor 60 with respect to the stator 50 is shifted in the axial direction, and the line contact between the rotor 60 and the stator 50 is released. Thereby, it is possible to avoid an excessive discharge pressure from acting on the shaft coupling 76. Therefore, the single-shaft eccentric screw pump 10 can appropriately discharge the fluid within a proper discharge pressure range, and the shaft coupling 76 can be damaged by an excessive load even when the discharge pressure becomes excessive. Can be suppressed.
  • both end portions the drive side connection end 76a and the rotor side connection end 76b of the shaft coupling 76 are set to be equal to or less than the intermediate portion 76c. That is, both ends of the shaft coupling 76 are spring-shaped. Therefore, the shaft coupling 76 tends to bend more easily than the intermediate portion 76c at the drive side connection end 76a and the rotor side connection end 76b. Further, the intermediate portion 76 c tends to be less twisted than both end portions of the shaft coupling 76. Therefore, the shaft coupling 76 can suppress the twist while allowing the bending as a whole.
  • the single-shaft eccentric screw pump 10 is obtained by connecting the rotor 60 and the rotary shaft 73 using the shaft coupling 76 having such characteristics, it is used under severe conditions such as feeding a low-viscosity fluid at low speed. Even if used below, stick-slip is unlikely to occur.
  • the shaft coupling 76 has other elastic coefficients at least in the longitudinal direction. Any material may be used as long as it is less than or equal to the elastic modulus of the part. That is, like the shaft coupling 176 shown in FIG. 3, the drive side connection end 176 a and the rotor side connection end 176 b are cylindrical or shaft-shaped, and the intermediate portion 176 c is spring-shaped instead of the shaft coupling 76. Also good.
  • the above-described shaft coupling 176 has an elastic coefficient of the drive side connection end 176a and the rotor side connection end 176b equal to or higher than the intermediate portion 176c.
  • the intermediate portion 176c tends to bend more easily than both end portions (the drive side connection end 176a and the rotor side connection end 176b).
  • both end portions of the shaft coupling 176 tend to be less twisted than the intermediate portion 176c. Therefore, the shaft coupling 176 has a characteristic capable of suppressing twisting while permitting bending as a whole, like the shaft coupling 76 described above. Therefore, even when the shaft coupling 176 is employed instead of the shaft coupling 76, stick slip is unlikely to occur even when the low-viscosity fluid is pumped at a low speed.
  • the above-described shaft couplings 76 and 176 have the elastic coefficients of the drive side connection ends 76a and 176a and the rotor side connection ends 76b and 176b below the intermediate portions 76c and 176c.
  • the shaft coupling for connecting is not limited to these. That is, as long as it has elasticity in the axial direction, it may have substantially the same elastic coefficient over substantially the entire area from the drive side connection end 276a through the intermediate portion 276c to the rotor side connection end 276b. Specifically, like the shaft coupling 276 shown in FIG. 4, it may be a spring shape over substantially the entire longitudinal direction.
  • the above-described shaft couplings 76 and 176 are provided as long as the shaft coupling 276 is configured to be able to suppress the twisting in the direction around the axis while allowing the shaft coupling 276 to bend in the direction intersecting the axis direction. The same effect can be obtained.
  • a spring-like portion is provided like the above-described shaft couplings 76, 176, 276, there is a concern that stress due to twisting or bending is concentrated on the terminal portion of the spring-like portion. Therefore, in the shaft couplings 76, 176, and 276, it is preferable to take measures for avoiding stress concentration at the terminal portion of the spring-shaped portion. Specifically, for example, when a spring-like portion is provided by forming a groove in the drive side connection end 376a and the rotor side connection end 376b as in the shaft coupling 376 shown in FIG. By providing a portion (stress diffusion portion 376d) in which the width of the groove is larger than that of other portions in the portion, an effect of avoiding stress concentration can be expected by expanding a region that receives stress due to twisting or bending.
  • the present invention can be used for uniaxial eccentric screw pumps in general.

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Abstract

【課題】長さ方向にコンパクトであり、スティックスリップや、軸継手の破損等の問題が生じにくい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、駆動機（８０）の動力により回転する動力伝達部（７２）と、雄ねじ型の軸体によって構成されたロータ（６０）と、ロータ（６０）を挿通可能であって内周面（５２）が雌ねじ型に形成されたステータ（５０）と、ロータ（６０）がステータ（５０）の内側において自転しつつ、ステータ（５０）の内周面（５２）に沿って公転するように偏心回転可能なように動力伝達部（７２）とロータ（６０）とを接続する軸継手（７６）とを有する。軸継手（７６）は、撓み軸継手によって構成されており、軸線方向への弾性力を有する。

Description

一軸偏心ねじポンプ
　本発明は、一軸偏心ねじポンプに関する。
　従来、下記特許文献１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の一軸偏心ねじポンプでは、駆動機において発生した回転動力により回転する駆動側軸体、及びロータを構成する受動側軸体を接続ための軸継手として、フレキシブルロッドが採用されている。
特開２０１２－１５４２１５号公報
　ここで、上述した従来技術において用いられているフレキシブルロッドは、偏心回転するロータの動きを許容すべく長尺にする必要がある。そのため、従来技術においては、一軸偏心ねじポンプの全長が長くならざるを得ないという傾向にある。
　一方、ピンジョイント等の軸継手を一軸偏心ねじポンプにおいて採用した場合には、フレキシブルロッドを採用した場合のように全長が長くなることを抑制できる。その反面で、ピンジョイントを用いた場合には、摩耗等による異物の混入（コンタミネーション）が発生してしまう懸念がある。
　また、圧送対象の流動体が低粘度であり、低速で圧送する場合には、スティックスリップと称される現象が発生し、流量が安定しなかったり、異音が発生したりするなどの懸念がある。さらに、吐出圧が過大となることにより軸継手に過大な負荷が作用し、軸継手が破損してしまう可能性も完全には否定できない。
　そこで、上述した課題を解決すべく、本発明は、長さ方向にコンパクトでありつつ、軸継手における流動物の混入等の問題が生じにくい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、駆動機の動力により回転する駆動側回転部と、雄ねじ型の軸体によって構成されたロータと、前記ロータを挿通可能であって内周面が雌ねじ型に形成されたステータと、前記ロータが前記ステータの内側において自転しつつ、前記ステータの内周面に沿って公転するように偏心回転可能なように前記駆動側回転部と前記ロータとを接続する軸継手とを有し、前記軸継手が、撓み軸継手によって構成されており、軸線方向への弾性力を有す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では、駆動側回転部とロータとを接続するための軸継手として撓み軸継手が採用されている。撓み軸継手は、軸線方向に対して交差する方向への撓みを許容しつつ、軸線周り方向への捻れを抑制可能な軸継手である。そのため、本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、スティックスリップが生じることなく、ロータをステータの内側においてスムーズに回転させることができる。これにより、一軸偏心ねじポンプの動作安定性を向上させうる。
　また、本発明では撓み軸継手を採用しているため、フレキシブルロッドを採用した場合のように一軸偏心ねじポンプの全長が長くならない。また、撓み軸継手を採用することにより、軸継手の摩耗に伴う流動物への異物の混入の問題を最小限に抑制できる。
　さらに、本発明においては、軸継手が軸線方向（スラスト方向）への弾性を有する。従って、本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、過大な吐出圧が作用すると軸継手が軸線方向に収縮する。これに伴い、ステータに対するロータの相対位置が軸線方向にずれた状態になり、過大な吐出圧が軸継手に作用することを回避できる。従って、本発明の一軸偏心ねじポンプは、吐出圧が適正な範囲内において適切に流動物を吐出可能であると共に、吐出圧が過大になった場合においても過大な負荷により軸継手が破損することを抑制できる。
　また、同様の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、駆動機の動力により回転する駆動側回転部と、雄ねじ型の軸体によって構成されたロータと、前記ロータを挿通可能であって内周面が雌ねじ型に形成されたステータと、前記ロータが前記ステータの内側において自転しつつ、前記ステータの内周面に沿って公転するように偏心回転可能なように前記駆動側回転部と前記ロータとを接続する軸継手とを有し、前記軸継手が、前記ロータの軸線方向への弾性力を有し、前記軸線方向に対して交差する方向への撓みを許容しつつ、前記軸線周り方向への捻れを抑制可能であ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では、軸線方向に対して交差する方向への撓みを許容しつつ、軸線周り方向への捻れを抑制可能な軸継手が採用されている。これにより、スティックスリップが生じることなく、ステータの内側においてロータを回転させることができる。これにより、一軸偏心ねじポンプの動作安定性を向上させうる。
　また、本発明で採用されているような軸継手を採用することにより、フレキシブルロッドを採用した場合のように一軸偏心ねじポンプの全長が長くなってしまうことを抑制できる。さらに、本発明によれば、軸継手の摩耗に伴う流動物への異物の混入の問題を最小限に抑制できる。
　また、本発明においては、軸継手がロータの軸線方向への弾性を有し、過大な吐出圧が作用すると軸継手が軸線方向に収縮する。そのため、吐出圧が過大になったとしても、ステータに対するロータの相対位置が軸線方向にずれた状態になることで吐出圧が低減される。これにより、吐出圧の影響により軸継手が破損することを回避できる。
　本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記軸継手の長手方向の少なくとも一部の弾性係数が、他部の弾性係数以下となっている。
　本発明の一軸偏心ねじポンプでは、軸継手の長手方向の少なくとも一部において弾性係数が他部以下とされている。すなわち、本発明において用いられている軸継手は、少なくとも一部において撓みやすい性質を有し、他の部分において捻れにくい性質を有する。そのため、上述した構成とすることにより、軸継手全体として、撓み及び捻れについて最適化できる。すなわち、軸継手を、撓みを生じうる一方で捻れにくい特性を備えたものとしても良い。これにより、低粘性の流動物を低速で圧送するような過酷な使用条件下で使用したとしても、スティックスリップの発生を最小限に抑制できる。また、本発明に用いられる軸継手は、吐出圧が過大となったとしても軸継手に作用するトルク負荷が過大とならず、軸継手の破損を抑制できる。
　また、軸継手の長手方向に弾性係数の相違する部分を設けることにより、容易かつ精度良く軸継手のスラスト方向への弾性を調整できる。従って、本発明によれば、適正な吐出圧を発揮可能なように、軸継手のスラスト方向への弾性を最適化できる。
　上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記軸継手が、前記駆動側回転部に接続される駆動側接続端と、前記ロータ側に接続されるロータ側接続端とを有し、前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端の弾性係数が、前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端の中間部以下のものであっても良い。
　本発明で用いられている軸継手は、両端部（駆動側接続端、及びロータ側接続端）において中間部よりも撓みやすい傾向にある。また、中間部は、軸継手の両端部に比べて捻れにくい傾向にある。そのため、上述した軸継手は、全体として撓みを許容しつつ捻れを抑制可能なものである。本発明の一軸偏心ねじポンプは、このような軸継手を用いたものであるため、スティックスリップが生じにくく、ロータをスムーズに回転させうる。
　また、上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記軸継手が、前記駆動側回転部に接続される駆動側接続端と、前記ロータ側に接続されるロータ側接続端とを有し、前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端の弾性係数が、前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端の中間部以上であるものであっても良い。
　本発明で用いられている軸継手は、両端部（駆動側接続端、及びロータ側接続端）よりも中間部が撓みやすい傾向にある。また、この軸継手の両端部は、中間部に比べて捻れにくい傾向にある。そのため、上述した軸継手は、全体として撓みを許容しつつ捻れを抑制可能な特性を有する。本発明の一軸偏心ねじポンプは、このような軸継手を採用したものであるため、スティックスリップが生じにくく、ロータをスムーズに回転させうる。
　上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記中間部が、柱状あるいは筒状とされており、前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端のいずれか一方又は双方が、コイルバネ状に形成されたものであることが望ましい。
　本発明で用いられている軸継手は、両端部が中間部よりも撓みやすく、中間部が軸継手の両端部に比べて捻れにくい傾向にあり、全体として撓みを許容しつつ捻れを抑制可能な特性を有する。本発明の一軸偏心ねじポンプは、このような軸継手を用いたものであるため、スティックスリップが生じにくく、動作安定性の面で優れている。
　また、本発明で用いられている軸継手は、駆動側接続端及びロータ側接続端のうち少なくとも一方がコイルバネ状に形成されている。そのため、吐出圧によるスラスト荷重の大きさが過大になると軸継手が収縮した状態になる。これにより、ロータが駆動機側に移動した状態になる。また、ステータの内周面に対する前記ロータの外周面の線接触が解除された状態になる。これにより、過剰に大きな圧力が軸継手等に作用することを回避し、軸継手等の破損リスクを最小限に抑制できる。
　上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記軸継手の径が、前記駆動側回転部及び前記ロータのいずれか一方又は双方の径以上であることが望ましい。
　かかる構成によれば、軸継手のトルク剛性が一層向上し、捻れを抑制できるので、スティックスリップの発生を最小限に抑制できる。
　上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記ステータの内周面に対して前記ロータの外周面が線接触することにより流体搬送路が形成されるものであり、前記ロータ側から前記駆動機側に向けて作用する荷重が所定の大きさを超えることを条件として、前記ロータの前記駆動機側への移動が許容され、前記ロータ及び前記ステータの線接触が解除されるものであることが好ましい。
　かかる構成によれば、吐出圧により過大なスラスト荷重が作用するような状況下で使用されたとしても、過剰に大きな圧力が軸継手等に作用しない。これにより、軸継手等が破損することを最小限に抑制できる。
　本発明によれば、長さ方向にコンパクトであり、スティックスリップや、軸継手の破損等の問題が生じにくい一軸偏心ねじポンプを提供できる。
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。 （ａ）は図１の一軸偏心ねじポンプにおける軸継手７６による接続構造を示した分解図、（ｂ）は（ａ）の変形例に係る分解図である。 軸継手の変形例を示す正面図である。 軸継手の別の変形例を示す正面図である。 軸継手のさらに別の変形例を示す正面図である。
　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。図１に示すように、一軸偏心ねじポンプ１０は、一軸偏心ねじポンプ機構３０を主要部として構成される、いわゆる回転容積型のポンプである。図１に示すように、一軸偏心ねじポンプ１０は、ケーシング４０の内部にステータ５０、ロータ６０、及び動力伝達機構７０等を収容した構成とされている。ケーシング４０は、金属製で筒状の部材であり、長手方向一端側に第一開口部４２が設けられている。また、ケーシング４０の外周部分には、第二開口部４４が設けられている。第二開口部４４は、ケーシング４０の長手方向中間部分に位置する中間部４６においてケーシング４０の内部空間に連通している。
　第一開口部４２及び第二開口部４４は、それぞれポンプ機構３０の吸込口および吐出口として機能する部分である。一軸偏心ねじポンプ１０は、ロータ６０を正方向に回転させることにより、第一開口部４２を吐出口、第二開口部４４を吸込口として機能させることができる。また、ロータ６０を逆方向に回転させることにより、第一開口部４２を吸込口、第二開口部４４を吐出口として機能させることができる。
　ステータ５０は、ゴム等の弾性体、又は樹脂等を主成分とする材料によって形成された略円筒形の外観形状を有する部材である。ステータ５０の内周面５２は、ｎ＋１条（本実施形態ではｎ＝１）で雌ネジ形状とされた部材である。また、ステータ５０の貫通孔５４は、ステータ５０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６０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６０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。ロータ６０は、上述したステータ５０に形成された貫通孔５４に挿通され、貫通孔５４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６０をステータ５０に対して挿通すると、ロータ６０の外周面６２とステータ５０の内周面５２とが両者の接線で密接した状態になり、ステータ５０の内周面５２とロータ６０の外周面との間に流体搬送路５６（キャビティ）が形成される。流体搬送路５６は、ステータ５０やロータ６０の長手方向に向けて螺旋状に伸びている。
　流体搬送路５６は、ロータ６０をステータ５０の貫通孔５４内において回転させると、ステータ５０内を回転しながらステータ５０の長手方向に進む。そのため、ロータ６０を回転させると、ステータ５０の一端側から流体搬送路５６内に流体を吸い込むと共に、この流体を流体搬送路５６内に閉じこめた状態でステータ５０の他端側に向けて移送し、ステータ５０の他端側において吐出させることが可能である。本実施形態のポンプ機構３０は、ロータ６０を正方向に回転させることにより使用され、第二開口部４４から吸い込んだ粘性液を圧送し、第一開口部４２から吐出することが可能とされている。
　動力伝達機構７０は、駆動機８０から上述したロータ６０に対して動力を伝達するためのものである。動力伝達機構７０は、動力伝達部７２と偏心回転部７４とを有する。動力伝達部７２は、ケーシング４０の長手方向の一端側に設けられている。動力伝達部７２は、駆動機８０の動力を受けて回転する回転軸７３（駆動側回転部）を有する。
　偏心回転部７４は、ケーシング４０の中間部４６に設けられている。偏心回転部７４は、動力伝達部７２とロータ６０とを動力伝達可能なように接続する部分である。偏心回転部７４には、後に詳述する軸継手７６が採用されている。これにより、偏心回転部７４は、駆動機８０を作動させることにより発生した回転動力をロータ６０に伝達させ、ロータ６０を偏心回転させることが可能である。
　軸継手７６は、ロータ６０がステータ５０の内側において自転しつつ、ステータ５０の内周面５２に沿って公転するように偏心回転可能なように動力伝達部７２とロータ６０とを接続するための継手である。軸継手７６は、いわゆる撓み軸継手によって構成されている。軸継手７６は、軸線方向に対して交差する方向への撓みを許容しつつ、軸線周り方向への捻れを抑制可能な特性を有する継手である。
　軸継手７６は、軸継手の長手方向の少なくとも一部の弾性係数が、他部の弾性係数以下とされた軸状あるいは筒状の外観形状を有する継手である。具体的には、軸継手７６、中実で金属製の軸体を加工することにより形成されたものである。図１や図２に示すように、軸継手７６は、軸方向両端部にコイルバネ状の駆動側接続端７６ａ及びロータ側接続端７６ｂを有し、両者の間に中実の中間部７６ｃを有する。これにより、軸継手７６は、中間部７６ｃにおける弾性係数が、両端に設けられた駆動側接続端７６ａ及びロータ側接続端７６ｂの弾性係数以下とされている。また、軸継手７６の径は、動力伝達部７２及びロータ６０の双方の径以上とされている。
　図２に示すように、軸継手７６は、連結ピン９０を用いてロータ６０及び動力伝達部７２に対して接続されている。具体的には、連結ピン９０は、逆ネジが形成されたネジ部９２，９４を両端部に備えたピンである。軸継手７６の駆動側接続端７６ａ及びロータ側接続端７６ｂには、逆ネジ状のねじ穴７８ａ，７８ｂが設けられている。また、ロータ６０の基端部、及び動力伝達部７２の回転軸７３の先端部にも、逆ネジ状のねじ穴６０ａ，７３ａが設けられている。ロータ６０及び軸継手７６は、連結ピン９０のネジ部９２，９４をねじ穴６０ａ，７８ａに螺合させることにより連結されている。また、動力伝達部７２の回転軸７３及び軸継手７６は、連結ピン９０のネジ部９２，９４をねじ穴７３ａ，７８ｂに螺合させることにより連結されている。
　上述したように、回転軸７３とロータ６０とを接続する軸継手７６として撓み軸継手が採用されている。すなわち、軸継手７６として、軸線方向に対して交差する方向への撓みを許容しつつ、軸線周り方向への捻れを抑制可能なものが採用されている。そのため、一軸偏心ねじポンプ１０においては、低粘性の流動物を低速で圧送するような過酷な使用条件下で使用したとしても、スティックスリップが生じることなく、ステータ５０の内側においてロータ６０をスムーズに回転させることができる。従って、一軸偏心ねじポンプ１０は、動作安定性の面で優れている。
　また、一軸偏心ねじポンプ１０においては、軸継手７６として撓み軸継手が採用されているため、フレキシブルロッドを採用した場合のように回転軸７３とロータ６０との間隔が長くならない。これにより、一軸偏心ねじポンプ１０を長手方向にコンパクト化することができる。また、軸継手７６をなす撓み軸継手は、ピンジョイントに比べて摩耗による異物が発生しない。そのため、一軸偏心ねじポンプ１０においては、軸継手７６の摩耗に伴う流動物への異物の混入の問題を最小限に抑制できる。
　さらに、一軸偏心ねじポンプ１０においては、軸継手７６が軸線方向への弾性を有する。そのため、過大な吐出圧が作用すると、軸継手７６が軸線方向に収縮してステータ５０に対するロータ６０の相対位置が軸線方向にずれ、ロータ６０及びステータ５０の線接触が解除された状態になる。これにより、過大な吐出圧が軸継手７６に作用することを回避できる。従って、一軸偏心ねじポンプ１０は、吐出圧が適正な範囲内において適切に流動物を吐出可能であると共に、吐出圧が過大になった場合においても過大な負荷により軸継手７６が破損することを抑制できる。
　上述したように、一軸偏心ねじポンプ１０では、軸継手７６の両端部（駆動側接続端７６ａ及びロータ側接続端７６ｂ）の弾性係数が、中間部７６ｃ以下とされている。すなわち、軸継手７６の両端部がバネ状とされている。そのため、軸継手７６は、駆動側接続端７６ａ、及びロータ側接続端７６ｂにおいて中間部７６ｃよりも撓みやすい傾向にある。また、中間部７６ｃは、軸継手７６の両端部に比べて捻れにくい傾向にある。従って、軸継手７６は、全体として撓みを許容しつつ捻れを抑制可能なものである。一軸偏心ねじポンプ１０は、このような特性を有する軸継手７６を用いてロータ６０と回転軸７３とを接続したものであるため、低粘性の流動物を低速で圧送するような過酷な使用条件下で使用したとしても、スティックスリップが生じにくい。
　上述した一軸偏心ねじポンプ１０においては、連結ピン９０を介して軸継手７６に対してロータ６０及び動力伝達部７２の回転軸７３を接続した例を示したが、これ以外の方法により接続したものであっても良い。具体的には、図２（ｂ）に示したように、ロータ６０の端部や回転軸７３の端部にねじ軸６０ｂ，７３ｂを設け、これらを軸継手７６側のねじ穴７８ａ，７８ｂに螺合させることにより接続しても良い。
　なお、本実施形態では、駆動側接続端７６ａ及びロータ側接続端７６ｂの弾性係数を中間部７６ｃ以下とした例を示したが、軸継手７６は長手方向の少なくとも一部の弾性係数が、他部の弾性係数以下であるものであればいかなるものであっても良い。すなわち、図３に示す軸継手１７６のように、駆動側接続端１７６ａ及びロータ側接続端１７６ｂを筒状あるいは軸状とし、中間部１７６ｃをバネ状としたものを軸継手７６の代わりに用いても良い。
　上述した軸継手１７６は、駆動側接続端１７６ａ及びロータ側接続端１７６ｂの弾性係数が、中間部１７６ｃ以上とされている。この軸継手１７６は、両端部（駆動側接続端１７６ａ、及びロータ側接続端１７６ｂ）よりも中間部１７６ｃが撓みやすい傾向にある。また、軸継手１７６の両端部は、中間部１７６ｃに比べて捻れにくい傾向にある。そのため、軸継手１７６は、上述した軸継手７６と同様に、全体として撓みを許容しつつ捻れを抑制可能な特性を有する。従って、軸継手７６に代えて軸継手１７６を採用した場合も、低粘性の流動物を低速で圧送するような過酷な使用条件下で使用したとしても、スティックスリップが生じにくい。
　また、上述した軸継手７６，１７６は、駆動側接続端７６ａ，１７６ａ及びロータ側接続端７６ｂ，１７６ｂの弾性係数を中間部７６ｃ，１７６ｃ以下としたものであるが、回転軸７３とロータ６０とを接続する軸継手はこれらに限定されない。すなわち、軸方向への弾性を有するものであれば、駆動側接続端２７６ａから中間部２７６ｃを経てロータ側接続端２７６ｂに至る略全体に亘って略同一の弾性係数であっても良い。具体的には、図４に示した軸継手２７６のように、長手方向の略全体に亘ってバネ状とされたものであっても良い。かかる構成とした場合についても、軸継手２７６が軸線方向に対して交差する方向への撓みを許容しつつ、軸線周り方向への捻れを抑制可能な構成である限り、上述した軸継手７６，１７６と同様の作用効果が得られる。
　また、上述した軸継手７６，１７６，２７６のように、バネ状の部位を設ける場合には、バネ状に形成された部位の終端部分に捻れや撓みによる応力が集中する懸念がある。そのため、軸継手７６，１７６，２７６においては、バネ状に形成された部位の終端部分に応力集中を回避するための方策を講じることが好ましい。具体的には、例えば図５に示す軸継手３７６のように、駆動側接続端３７６ａ及びロータ側接続端３７６ｂに溝をらせん状に形成してバネ状の部位を設けた場合には、その終端部分において他の部位よりも溝の幅を拡大した部位（応力拡散部３７６ｄ）を設けることにより、捻れや撓みによる応力を受ける領域を拡大し、応力集中を回避する効果が見込める。
　本実施形態は、本発明の一実施形態を示したものに過ぎず、本発明が上述したものに限られないことはいうまでもない。
　本発明は、一軸偏心ねじポンプ全般において利用可能である。
　１０　　　一軸偏心ねじポンプ
　３０　　　一軸偏心ねじポンプ機構
　５６　　　流体搬送路
　６０　　　ロータ
　６２　　　外周面
　７３　　　回転軸（駆動側回転部）
　７６　　　軸継手
　７６ａ　　駆動側接続端
　７６ｂ　　ロータ側接続端
　７６ｃ　　中間部
　８０　　　駆動機
　１７６　　軸継手
　１７６ａ　駆動側接続端
　１７６ｂ　ロータ側接続端
　１７６ｃ　中間部
　２７６　　軸継手
　２７６ａ　駆動側接続端
　２７６ｂ　ロータ側接続端
　２７６ｃ　中間部

Claims (8)

  1. 　駆動機の動力により回転する駆動側回転部と、
    　雄ねじ型の軸体によって構成されたロータと、
    　前記ロータを挿通可能であって内周面が雌ねじ型に形成されたステータと、
    　前記ロータが前記ステータの内側において自転しつつ、前記ステータの内周面に沿って公転するように偏心回転可能なように前記駆動側回転部と前記ロータとを接続する軸継手とを有し、
    　前記軸継手が、撓み軸継手によって構成されており、軸線方向への弾性力を有することを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
  2. 　駆動機の動力により回転する駆動側回転部と、
    　雄ねじ型の軸体によって構成されたロータと、
    　前記ロータを挿通可能であって内周面が雌ねじ型に形成されたステータと、
    　前記ロータが前記ステータの内側において自転しつつ、前記ステータの内周面に沿って公転するように偏心回転可能なように前記駆動側回転部と前記ロータとを接続する軸継手とを有し、
    　前記軸継手が、前記ロータの軸線方向への弾性力を有し、前記軸線方向に対して交差する方向への撓みを許容しつつ、前記軸線周り方向への捻れを抑制可能であることを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
  3. 　前記軸継手の長手方向の少なくとも一部の弾性係数が、他部の弾性係数以下であ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. 　前記軸継手が、前記駆動側回転部に接続される駆動側接続端と、前記ロータ側に接続されるロータ側接続端とを有し、
    　前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端の弾性係数が、前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端の中間部以下である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. 　前記軸継手が、前記駆動側回転部に接続される駆動側接続端と、前記ロータ側に接続されるロータ側接続端とを有し、
    　前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端の弾性係数が、前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端の中間部以上である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。
  6. 　前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端の中間部が、柱状あるいは筒状とされており、
    　前記駆動側接続端及び前記ロータ側接続端のいずれか一方又は双方が、コイルバネ状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の一軸偏心ねじポンプ。
  7. 　前記軸継手の径が、前記駆動側回転部及び前記ロータのいずれか一方又は双方の径以上であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の一軸偏心ねじポンプ。
  8. 　前記ステータの内周面に対して前記ロータの外周面が線接触することにより流体搬送路が形成されるものであり、
    　前記ロータ側から前記駆動機側に向けて作用する荷重が所定の大きさを超えることを条件として、前記ロータの前記駆動機側への移動が許容され、前記ロータ及び前記ステータの線接触が解除されることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の一軸偏心ねじポンプ
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