WO2024127640A1 - 往復ポンプ用の継手装置 - Google Patents

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WO2024127640A1
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thrust member
shaft
housing
sphere
coupling device
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會川 金
裕之 川▲崎▼
哲司 笠谷
修一郎 本田
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株式会社荏原製作所
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    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • 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
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts

Definitions

  • the present invention relates to a coupling device used to drive reciprocating pumps such as plunger pumps and piston pumps.
  • the reciprocating pump is connected to a drive source (e.g. an air cylinder or hydraulic cylinder) via a coupling device.
  • a drive source e.g. an air cylinder or hydraulic cylinder
  • the reciprocating motion of the drive source is transmitted to the piston of the reciprocating pump via the coupling device, causing the piston to reciprocate.
  • the drive shaft on the drive source side and the driven shaft on the reciprocating pump side should be aligned in a straight line to prevent mechanical damage and extend life. This is because, while this reduces performance loss, misalignment can easily cause unintended contact between parts, friction, wear, and seizing.
  • a universal joint is an example of a coupling device that can tolerate an angular misalignment between the drive shaft and driven shaft.
  • a universal joint is not structured to withstand the high thrust load transmitted from the drive shaft to the driven shaft. For this reason, if the reciprocating pump is operated for an extended period of time, the universal joint may be damaged.
  • eccentricity is caused by a relative positional deviation between the drive source and the reciprocating pump.
  • Conventional coupling devices such as universal joints are not able to tolerate (absorb) such eccentricity.
  • Patent Document 1 discloses a coupling device that can accommodate the misalignment and eccentricity of the drive shaft and driven shaft.
  • This coupling device has gaps above and below to allow for some leeway in misalignment and eccentricity, but this means that the stroke length of the driven shaft is shorter than that of the drive shaft by the amount of the gap, reducing the volume on the pump side and worsening pump efficiency.
  • adjacent parts in the axial direction repeatedly collide with each other, generating vibrations and noise, and actually making the parts more susceptible to wear and fatigue failure at the points where they collide.
  • the present invention provides a coupling device for a reciprocating pump that can tolerate (absorb) not only the misalignment angle between the drive shaft and driven shaft, but also the eccentricity between the drive shaft and driven shaft, and can improve pump efficiency.
  • a coupling device for connecting a drive source and a reciprocating pump
  • the coupling device comprising a first thrust member having a first concave surface, a second thrust member having a second concave surface, a sphere sandwiched between the first and second concave surfaces, and a housing having an internal space for accommodating the first thrust member, the second thrust member, and the sphere, the first thrust member and the second thrust member being arranged along a central axis of the housing, and the width of the internal space being greater than the widths of the first thrust member, the second thrust member, and the sphere.
  • first concave surface and the second concave surface are concave spherical surfaces having the same radius of curvature as the outer surface of the sphere.
  • first thrust member, the second thrust member, and the sphere are eccentric with respect to a central axis of the housing.
  • the second thrust member has a second flat surface and the housing has a flat seat in face-to-face contact with the second flat surface.
  • the housing is fixed to a first shaft extending from one of the drive source and the reciprocating pump, and the sphere is fixed to a second shaft extending from the other of the drive source and the reciprocating pump.
  • the housing has a threaded hole communicating with the internal space, and a male thread portion formed on an outer circumferential surface of the first shaft is screwed into the threaded hole.
  • the first thrust member has a first flat surface, the first flat surface contacting an end surface of the first shaft.
  • the second thrust member has a structure divided into a plurality of members.
  • the efficiency of the pump is increased because there is no gap in the axial direction due to the structure, even though there is a margin in the range of response to the misalignment angle and eccentricity.
  • vibration and noise are not generated, and wear and fatigue failure at the collision points of the members are unlikely to occur, preventing mechanical damage and making it possible to extend the lifespan.
  • the first thrust member and the second thrust member that contact the sphere can be inclined relative to each other.
  • the width of the internal space is greater than the widths of the first thrust member, the second thrust member, and the sphere, the first thrust member, the second thrust member, and the sphere can be eccentric with respect to the housing.
  • the coupling device can tolerate (absorb) both the angular deviation and eccentricity between the first shaft and the second shaft.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a coupling device for connecting a drive source and a reciprocating pump.
  • 13 is a diagram showing how a second axis fixed to the sphere is tilted relative to a first axis fixed to the housing.
  • FIG. 13 is a diagram showing how a second shaft fixed to a sphere is eccentric with respect to a first shaft fixed to a housing.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a joint device and a first shaft and a second shaft connected thereto when they reciprocate;
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the coupling device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a coupling device for connecting a drive source and a reciprocating pump.
  • the coupling device 1 comprises a first thrust member 3 having a first concave surface 3a, a second thrust member 5 having a second concave surface 5a, a sphere 7 sandwiched between the first concave surface 3a and the second concave surface 5a, and a housing 11 having an internal space 10 that accommodates the first thrust member 3, the second thrust member 5, and the sphere 7.
  • the first thrust member 3 and the second thrust member 5 are arranged along the central axis CL of the housing 11. More specifically, the first thrust member 3, the sphere 7, and the second thrust member 5 are aligned in a row along the central axis CL of the housing 11.
  • the first thrust member 3, the sphere 7, and the second thrust member 5 are made of a hard material such as metal or ceramic.
  • the housing 11 is fixed to a first shaft 15 extending from one of the drive source (e.g., an air cylinder or a hydraulic cylinder) and the reciprocating pump (e.g., a plunger pump or a piston pump), and the sphere 7 is fixed to a second shaft 16 extending from the other of the drive source and the reciprocating pump.
  • the sphere 7 has a shaft portion 7b extending from its spherical outer surface 7a, and this shaft portion 7b extends through the second thrust member 5 to the second shaft 16.
  • the housing 11 has a through hole 11a through which the shaft portion 7b and the second shaft 16 pass. The width of the through hole 11a is greater than the width (diameter) of the second shaft 16.
  • the housing 11 has a threaded hole 19 that communicates with the internal space 10.
  • a male threaded portion 20 formed on the outer peripheral surface of the first shaft 15 is screwed into the threaded hole 19.
  • the first thrust member 3 has a first flat surface 3b, which is always in contact with the end face of the first shaft 15.
  • the end face of the first shaft 15 is perpendicular to the central axis CL, and the first flat surface 3b is perpendicular to the central axis CL of the housing 11 when in contact with the end face of the first shaft 15.
  • a shim (or spacer) may be sandwiched between the first flat surface 3b of the first thrust member 3 and the end face of the first shaft 15 to adjust the distance between the drive shaft and the piston of the reciprocating pump.
  • the first concave surface 3a and the second concave surface 5a are concave spherical surfaces having the same radius of curvature as the outer surface 7a of the sphere 7.
  • the first concave surface 3a is circular, and the second concave surface 5a is annular with a hole approximately in the center.
  • the sphere 7 is slidably supported by both the first concave surface 3a of the first thrust member 3 and the second concave surface 5a of the second thrust member 5.
  • the first concave surface 3a and the second concave surface 5a are always in surface contact with the outer surface 7a of the sphere 7 during reciprocating motion.
  • the sphere 7 can tilt with respect to the housing 11, the first thrust member 3, and the second thrust member 5 while maintaining a relative position with respect to the housing 11.
  • the second shaft 16 fixed to the sphere 7 can tilt with respect to the first shaft 15 fixed to the housing 11.
  • the entire first concave surface 3a and the entire second concave surface 5a are always in contact with the spherical outer surface 7a of the sphere 7, so that the coupling device 1 can withstand a high load applied to the coupling device 1 during reciprocating motion, and the sphere 7 can tilt smoothly relative to the first thrust member 3 and the second thrust member 5.
  • first concave surface 3a and the second concave surface 5a are arranged to sandwich the sphere 7 along the direction of the central axis CL of the housing 11 (i.e., along the reciprocating direction), so that the sphere 7 is supported by both the first concave surface 3a and the second concave surface 5a regardless of the direction in which the coupling device 1 moves during reciprocating motion, and the sphere 7 can tilt smoothly relative to the first thrust member 3 and the second thrust member 5.
  • the second shaft 16 fixed to the sphere 7 can tilt smoothly relative to the first shaft 15 fixed to the housing 11 during reciprocating motion.
  • the width of the internal space 10 of the housing 11 is greater than the width of the first thrust member 3, the second thrust member 5, and the sphere 7.
  • “width” refers to the dimension in a direction perpendicular to the central axis CL of the housing 11.
  • the first thrust member 3, the second thrust member 5, and the sphere 7 can be integrally eccentric with respect to the central axis CL of the housing 11. That is, the positions of the first thrust member 3, the second thrust member 5, and the sphere 7 in a direction perpendicular to the central axis CL are variable within the internal space 10 of the housing 11.
  • the second shaft 16 fixed to the sphere 7 can be eccentric with respect to the first shaft 15 fixed to the housing 11.
  • the second thrust member 5 has a second flat surface 5b, and the housing 11 has a flat seat 24 in surface contact with the second flat surface 5b.
  • the second flat surface 5b is annular.
  • the second flat surface 5b and the seat 24 are perpendicular to the central axis CL of the housing 11.
  • the second flat surface 5b and the seat 24 are always in contact.
  • the seat 24 only supports the second flat surface 5b and does not prevent displacement or movement of the second thrust member 5 in a direction perpendicular to the central axis CL of the housing 11.
  • the first flat surface 3b of the first thrust member 3 and the second flat surface 5b of the second thrust member 5 are both perpendicular to the central axis CL of the housing 11.
  • the end face of the first shaft 15, the first flat surface 3b, the first concave surface 3a, the sphere 7, the second concave surface 5a, the second flat surface 5b, and the seat 24 are each arranged to be in constant contact with adjacent members in the direction of the central axis CL, so that the first flat surface 3b and the second flat surface 5b can guide the displacement or movement of the first thrust member 3, the sphere 7, and the second thrust member 5 in a direction perpendicular to the central axis CL.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the coupling device 1 and the first and second shafts 15 and 16 connected thereto as they reciprocate.
  • the coupling device 1 is depicted diagrammatically.
  • the first shaft 15 is a drive shaft connected to a drive source 31, and the second shaft 16 is a driven shaft connected to a reciprocating pump 32, but the present invention is not limited to the example in FIG. 4.
  • the second shaft 16 can be inclined relative to the first shaft 15 during reciprocating motion by the coupling device 1, so that the movement of the second shaft 16 is not restricted by the reciprocating pump 32, and as a result, the stroke of the reciprocating pump 32 can be increased.
  • a circular latch 27 is fitted into the upper part of the second thrust member 5.
  • the second thrust member 5 has a structure divided into multiple members, and the latch 27 is for fixing the relative positions of these multiple members.
  • the second thrust member 5 has a two-part structure made up of two semicircular ring members, and the relative positions of these two semicircular ring members are fixed by the latch 27.
  • the second thrust member 5 may be divided into three or more members.
  • the housing 11 has an opening 11b formed in its side wall. This opening 11b is used during maintenance and/or assembly of the first thrust member 3 and the second thrust member 5.
  • the sphere 7 to which the second shaft 16 is fixed is inserted into the internal space 10 through the through hole 11a of the housing 11.
  • the two semicircular ring members constituting the second thrust member 5 are inserted into the internal space 10 through the opening 11b of the housing 11, and the latch 27 is fitted into the two semicircular ring members from above the sphere 7, thereby fixing the relative positions of the two semicircular ring members to form the second thrust member 5.
  • the first thrust member 3 is inserted into the internal space 10 through the opening 11b or the screw hole 19 of the housing 11, and placed on the sphere 7.
  • the entire housing 11 is rotated about its central axis CL, and the screw hole 19 of the housing 11 is screwed into the male threaded portion 20 of the first shaft 15 until the first flat surface 3b of the first thrust member 3 contacts the end face of the first shaft 15.
  • the anti-rotation screw 35 is screwed into the second screw hole 11c formed in the side wall of the housing 11, fixing the relative positions of the housing 11 and the first shaft 15. This completes the assembly of the coupling device 1.
  • the first thrust member 3 can be removed from the opening 11b of the housing 11.
  • second thrust member 5 first remove the latch 27 from the second thrust member 5. Then, the two semicircular annular members that make up the second thrust member 5 can be removed from the opening 11b of the housing 11.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the coupling device 1.
  • the configuration and operation of this embodiment that are not specifically described are the same as those of the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4, and therefore redundant description will be omitted.
  • the sphere 7 is removably fixed to the second shaft 16 by a screw structure. More specifically, a male thread 40 is formed on the shaft portion 7b of the sphere 7, and a screw hole 42 is formed on the end face of the second shaft 16. The sphere 7 can be fixed to the second shaft 16 by screwing the male thread 40 of the sphere 7 into the screw hole 42 of the second shaft 16. Furthermore, the sphere 7 can be separated from the second shaft 16 by removing the male thread 40 of the sphere 7 from the screw hole 42 of the second shaft 16.
  • the second thrust member 5 is made up of a single annular member and does not have two semi-annular members. Furthermore, the latch 27 shown in FIG. 1 is not provided.
  • a method for assembling the coupling device 1 according to the embodiment shown in FIG. 5 will be described.
  • the first shaft 15, the first thrust member 3, and the second thrust member 5 are removed from the housing 11, and the sphere 7 is removed from the second shaft 16.
  • the second thrust member 5 and the sphere 7 are placed in the internal space 10 of the housing 11.
  • the male thread 40 of the sphere 7 is screwed into the screw hole 42 of the second shaft 16 to fix the sphere 7 to the second shaft 16.
  • the first thrust member 3 is placed in the internal space 10 through the opening 11b or the screw hole 19 of the housing 11 and placed on the sphere 7.
  • the entire housing 11 is rotated around its central axis CL, and the screw hole 19 of the housing 11 is screwed into the male thread portion 20 of the first shaft 15 until the first flat surface 3b of the first thrust member 3 contacts the end face of the first shaft 15.
  • the anti-rotation screw 35 is screwed into the second screw hole 11c formed in the side wall of the housing 11 to fix the relative positions of the housing 11 and the first shaft 15. This completes the assembly of the coupling device 1.
  • the first thrust member 3 can be removed from the opening 11b or the threaded hole 19 of the housing 11.
  • the male thread 40 of the sphere 7 is removed from the threaded hole 42 of the second shaft 16, and the sphere 7 is separated from the second shaft 16.
  • the sphere 7 is then removed from the housing 11, and the second thrust member 5 is then removed from the housing 11.
  • Each of the above-described embodiments of the coupling device 1 is suitable for use in connecting a reciprocating pump for transporting liquefied gases such as liquid hydrogen, liquefied natural gas, liquefied ammonia, liquid nitrogen, liquefied ethylene gas, and liquefied petroleum gas to a driving source.
  • the coupling device 1 is disposed between the driving source 31 and the reciprocating pump 32, so that it is possible to prevent the extremely low temperature liquefied gas in the reciprocating pump 32 from cooling (freezing) the driving source 31.
  • the present invention can be used in coupling devices used to drive reciprocating pumps such as plunger pumps and piston pumps.

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Abstract

本発明は、プランジャポンプやピストンポンプなどの往復ポンプの駆動に使用される継手装置に関するものである。駆動源と往復ポンプとを連結するための継手装置（１）は、第１凹面（３ａ）を有する第１スラスト部材（３）と、第２凹面（５ａ）を有する第２スラスト部材（５）と、第１凹面（３ａ）と第２凹面（５ａ）とに挟まれた球体（７）と、第１スラスト部材（３）、第２スラスト部材（５）、および球体（６）を収容する内部空間（１０）を有するハウジング（１１）を備え、第１スラスト部材（３）および第２スラスト部材（５）は、ハウジング（１１）の中心軸線ＣＬに沿って配列されており、内部空間（１０）の幅は、第１スラスト部材（３）、第２スラスト部材（５）、および球体（７）の幅よりも大きい。

Description

往復ポンプ用の継手装置
　本発明は、プランジャポンプやピストンポンプなどの往復ポンプの駆動に使用される継手装置に関する。
　往復ポンプは、継手装置を介して駆動源（例えばエアシリンダまたは油圧シリンダ）に連結される。駆動源の往復運動は、継手装置を介して往復ポンプのピストンに伝達され、ピストンが往復運動する。駆動源側の駆動軸と、往復ポンプ側の従動軸は、機械的な損傷を防ぎ寿命を延長する為、一直線に並んでいることが理想的である。何故なら、その方が性能的なロスが少ないのに対し、芯のずれがあると、意図せぬ部品の接触や摩擦・摩耗やかじりが発生しやすいからである。
　しかし、駆動軸と従動軸を一直線に合わせるためには、高度な加工精度や装置の組立に大きな努力が必要となり、そのための設備や工数が必要になる。そこで、往復ポンプに使用される継手装置には、駆動軸と従動軸との間に偏芯（すなわち、駆動軸と従動軸の間の相対的な軸芯の位置の違い）や偏角（すなわち、駆動軸と従動軸の間の相対的な傾き）があっても、駆動軸と従動軸との、それらのズレを吸収できる構造が必要とされる。
特開２００７－２６３２５７号公報
　駆動軸と従動軸との偏角を許容できる継手装置の例としては、ユニバーサルジョイントが挙げられる。しかしながら、ユニバーサルジョイントは、駆動軸から従動軸に伝わる高いスラスト荷重に耐えうる構造を有していない。このため、長時間に亘って往復ポンプが運転されると、ユニバーサルジョイントが破損するおそれがある。
　さらに、駆動軸と従動軸との偏角に加えて、駆動軸と従動軸との偏芯が存在することがある。このような偏芯は、駆動源と往復ポンプの相対的な位置ずれに起因するものである。ユニバーサルジョイントなどの従来の継手装置では、このような偏芯を許容（吸収）することはできなかった。
　特許文献１には、駆動軸と従動軸の偏角と偏心に対応する継手装置が開示されている。この継手装置は、偏角と偏心の余裕を持たせるため、上下に隙間を設けているが、そのことにより、駆動軸のストローク長さに対して従動軸のストローク長さが隙間の分短くなり、ポンプ側の容積が減るためポンプ効率が悪くなる。また、それだけでなく、軸方向の往復運動の度に、軸方向に隣接した部材同士が繰り返し衝突し、振動や騒音が生じ、かえって部材の衝突箇所の摩耗や疲労破壊が生じやすくなってしまう。
　本発明は、駆動軸と従動軸との偏角のみならず、駆動軸と従動軸との偏芯を許容（吸収）することができ、さらにはポンプ効率を向上させることができる、往復ポンプ用の継手装置を提供する。
　一態様では、駆動源と往復ポンプとを連結するための継手装置であって、第１凹面を有する第１スラスト部材と、第２凹面を有する第２スラスト部材と、前記第１凹面と前記第２凹面とに挟まれた球体と、前記第１スラスト部材、前記第２スラスト部材、および前記球体を収容する内部空間を有するハウジングを備え、前記第１スラスト部材および前記第２スラスト部材は、前記ハウジングの中心軸線に沿って配列されており、前記内部空間の幅は、前記第１スラスト部材、前記第２スラスト部材、および前記球体の幅よりも大きい、継手装置が提供される。
　一態様では、前記第１凹面および前記第２凹面は、前記球体の外面と同じ曲率半径を有する窪んだ球面である。
　一態様では、前記第１スラスト部材、前記第２スラスト部材、および前記球体は、前記ハウジングの中心軸線に対して偏芯している。
　一態様では、前記第２スラスト部材は第２平坦面を有しており、前記ハウジングは、前記第２平坦面に面接触する平坦な座を有している。
　一態様では、前記ハウジングは、前記駆動源および前記往復ポンプのうちの一方から延びる第１軸に固定され、前記球体は、前記駆動源および前記往復ポンプのうちの他方から延びる第２軸に固定されている。
　一態様では、前記ハウジングは、前記内部空間に連通するねじ穴を有しており、前記第１軸の外周面に形成された雄ねじ部は、前記ねじ穴に螺合されている。
　一態様では、前記第１スラスト部材は第１平坦面を有しており、前記第１平坦面は前記第１軸の端面に接触している。
　一態様では、前記第２スラスト部材は、複数の部材に分割された構造を有している。
　本発明によれば、偏角や偏心に対しての対応範囲に余裕を持たせられるにもかかわらず、構造上、軸方向に隙間が無い為、ポンプの効率が増加する。また、それだけでなく、軸方向に隣接した部材同士の繰り返し衝突がなくなるので、振動や騒音が生じず、部材の衝突箇所摩耗や疲労破壊が生じにくく、機械的な損傷を防ぎ寿命を延長することが可能となる。
　また、球体に接触する第１スラスト部材および第２スラスト部材は互いに相対的に傾くことができる。さらに、内部空間の幅は、第１スラスト部材、第２スラスト部材、および球体の幅よりも大きいので、第１スラスト部材、第２スラスト部材、および球体は、ハウジングに対して偏芯することができる。したがって、ハウジングに第１軸（例えば駆動軸）が固定され、球体に第２軸（例えば従動軸）が固定された場合に、継手装置は、第１軸と第２軸との偏角および偏芯の両方を許容（吸収）できる。
駆動源と往復ポンプとを連結するための継手装置の一実施形態を示す断面図である。 球体に固定された第２軸が、ハウジングに固定された第１軸に対して傾く様子を示す図である。 球体に固定された第２軸が、ハウジングに固定された第１軸に対して偏芯する様子を示す図である。 継手装置およびこれに連結された第１軸および第２軸が往復移動するときの様子を示す模式図である。 継手装置の他の実施形態を示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、駆動源と往復ポンプとを連結するための継手装置の一実施形態を示す断面図である。継手装置１は、第１凹面３ａを有する第１スラスト部材３と、第２凹面５ａを有する第２スラスト部材５と、第１凹面３ａと第２凹面５ａとに挟まれた球体７と、第１スラスト部材３、第２スラスト部材５、および球体７を収容する内部空間１０を有するハウジング１１を備えている。
　第１スラスト部材３および第２スラスト部材５は、ハウジング１１の中心軸線ＣＬに沿って配列されている。より具体的には、第１スラスト部材３、球体７、および第２スラスト部材５は、ハウジング１１の中心軸線ＣＬに沿って一列に並んでいる。第１スラスト部材３、球体７、および第２スラスト部材５は、金属、セラミックなどの硬質の材料から構成されている。
　ハウジング１１は、駆動源（例えばエアシリンダまたは油圧シリンダ）および往復ポンプ（例えばプランジャポンプまたはピストンポンプ）のうちの一方から延びる第１軸１５に固定され、球体７は、駆動源および往復ポンプのうちの他方から延びる第２軸１６に固定されている。球体７は、その球状の外面７ａから延びる軸部７ｂを有しており、この軸部７ｂは第２スラスト部材５を通って第２軸１６に延びている。ハウジング１１は、軸部７ｂおよび第２軸１６を通過させる通孔１１ａを有している。通孔１１ａの幅は、第２軸１６の幅（直径）よりも大きい。
　ハウジング１１は、内部空間１０に連通するねじ穴１９を有している。第１軸１５の外周面に形成された雄ねじ部２０は、ねじ穴１９に螺合されている。第１スラスト部材３は第１平坦面３ｂを有しており、第１平坦面３ｂは第１軸１５の端面に常に接触している。第１軸１５の端面は、中心軸線ＣＬに対して垂直であり、第１平坦面３ｂは、第１軸１５の端面に接触した状態で、ハウジング１１の中心軸線ＣＬに対して垂直である。駆動軸と往復ポンプのピストンとの距離を調節するために、第１スラスト部材３の第１平坦面３ｂと、第１軸１５の端面との間に、シム（またはスペーサ）を挟んでもよい。
　第１凹面３ａおよび第２凹面５ａは、球体７の外面７ａと同じ曲率半径を有する窪んだ球面である。第１凹面３ａは円形であり、第２凹面５ａは略中心に穴の空いた環状である。球体７は、第１スラスト部材３の第１凹面３ａと、第２スラスト部材５の第２凹面５ａの両方により、摺動可能に支持されている。第１凹面３ａおよび第２凹面５ａは、往復運動中、球体７の外面７ａに常に面接触している。したがって、球体７は、ハウジング１１に対する相対位置を維持しつつ、ハウジング１１、第１スラスト部材３、および第２スラスト部材５に対して傾くことができる。結果として、図２に示すように、球体７に固定された第２軸１６は、ハウジング１１に固定された第１軸１５に対して傾くことができる。
　特に、本実施形態によれば、第１凹面３ａの全体および第２凹面５ａの全体は、球体７の球状の外面７ａと常に接触しているので、継手装置１は往復運動時に継手装置１に加わる高い荷重に耐えうることができ、かつ球体７は第１スラスト部材３および第２スラスト部材５に対してスムーズに傾動することができる。さらに、第１凹面３ａおよび第２凹面５ａは、ハウジング１１の中心軸心ＣＬの方向に沿って（すなわち往復移動方向に沿って）球体７を挟むように配置されているので、往復運動のどちらの方向に継手装置１が移動しているときでも球体７は第１凹面３ａおよび第２凹面５ａの両方に支えられ、球体７は第１スラスト部材３および第２スラスト部材５に対してスムーズに傾動することができる。結果として、往復運動中に、球体７に固定された第２軸１６は、ハウジング１１に固定された第１軸１５に対してスムーズに傾くことができる。
　ハウジング１１の内部空間１０の幅は、第１スラスト部材３、第２スラスト部材５、および球体７の幅よりも大きい。ここで、「幅」とは、ハウジング１１の中心軸線ＣＬに対して垂直な方向の寸法のことをいう。図３に示すように、第１スラスト部材３、第２スラスト部材５、および球体７は、一体にハウジング１１の中心軸線ＣＬに対して偏芯することができる。すなわち、第１スラスト部材３、第２スラスト部材５、および球体７の、中心軸線ＣＬに垂直な方向における位置は、ハウジング１１の内部空間１０内で可変である。結果として、球体７に固定された第２軸１６は、ハウジング１１に固定された第１軸１５に対して偏芯することができる。
　第２スラスト部材５は第２平坦面５ｂを有しており、ハウジング１１は、第２平坦面５ｂに面接触する平坦な座２４を有している。第２平坦面５ｂは環状の面である。第２平坦面５ｂおよび座２４は、ハウジング１１の中心軸線ＣＬに対して垂直である。第２平坦面５ｂと座２４は、常に接触している。座２４は、第２平坦面５ｂを支持しているのみであり、ハウジング１１の中心軸線ＣＬに対して垂直な方向への第２スラスト部材５の位置ずれまたは移動を妨げない。第１スラスト部材３の第１平坦面３ｂおよび第２スラスト部材５の第２平坦面５ｂは、いずれもハウジング１１の中心軸線ＣＬに対して垂直である。前述のように、第１軸１５の端面、第１平坦面３ｂ、第１凹面３ａ、球体７、第２凹面５ａ、第２平坦面５ｂ、および座２４は、各々中心軸線ＣＬの方向に隣接する部材と常に接触した配置であるので、第１平坦面３ｂおよび第２平坦面５ｂは、第１スラスト部材３、球体７、および第２スラスト部材５の、中心軸線ＣＬに垂直な方向への位置ずれまたは移動をガイドすることができる。
　図４は、継手装置１およびこれに連結された第１軸１５および第２軸１６が往復移動するときの様子を示す模式図である。図４では継手装置１は模式的に描かれている。図４に示す例では、第１軸１５は駆動源３１に連結された駆動軸であり、第２軸１６は往復ポンプ３２に連結された従動軸であるが、本発明は図４の例に限定されない。
　図４に示すように、駆動源３１と往復ポンプ３２が互いに傾いている場合、往復運動中に、第２軸１６は、継手装置１により第１軸１５に対して傾くことができるので、第２軸１６の動きが往復ポンプ３２に拘束されることがなく、結果として往復ポンプ３２のストロークを大きくできる。
　図１に戻り、本実施形態では、第２スラスト部材５の上部には、円環状の掛け金２７が嵌め込まれている。本実施形態の第２スラスト部材５は、複数の部材に分割された構造を有しており、掛け金２７はこれら複数の部材の相対位置を固定するためのものである。一例では、第２スラスト部材５は、２つの半円環状部材から構成された２つ割り構造を有しており、これら２つの半円環状部材の相対位置は、掛け金２７によって固定される。第２スラスト部材５は、３つ以上の部材に分割されてもよい。
　ハウジング１１は、その側壁に形成された開口部１１ｂを有している。この開口部１１ｂは、第１スラスト部材３および第２スラスト部材５のメンテナンスおよび／または組み立てなどの際に使用される。
　次に、上述のように構成された継手装置１を組み立てる方法の一実施形態を説明する。まず、第１軸１５、第１スラスト部材３、および第２スラスト部材５がハウジング１１から取り外されている状態で、第２軸１６が固定された球体７をハウジング１１の通孔１１ａを通じて内部空間１０内に挿入する。第２スラスト部材５を構成する２つの半円環状部材を、ハウジング１１の開口部１１ｂから内部空間１０に入れ、さらに球体７の上から掛け金２７を２つの半円環状部材に嵌め込み、これにより２つの半円環状部材の相対位置を固定して第２スラスト部材５を構成する。次いで、第１スラスト部材３を、ハウジング１１の開口部１１ｂまたはねじ穴１９を通じて内部空間１０内に入れ、球体７上に置く。さらに、ハウジング１１の全体をその中心軸線ＣＬを中心に回転させ、第１スラスト部材３の第１平坦面３ｂが第１軸１５の端面に接触するまで、ハウジング１１のねじ穴１９を第１軸１５の雄ねじ部２０に螺合させる。第１スラスト部材３の第１平坦面３ｂが第１軸１５の端面に接触した状態で、ハウジング１１の側壁に形成された第２ねじ穴１１ｃに廻り止めねじ３５をねじ込み、ハウジング１１と第１軸１５との相対位置を固定する。これにより、継手装置１の組み立てが完了する。
　第１スラスト部材３および／または第２スラスト部材５を交換するときは、まず、ハウジング１１の全体を反対方向に回転させて、第１スラスト部材３の第１平坦面３ｂを第１軸１５の端面から離間させる。第１スラスト部材３は、ハウジング１１の開口部１１ｂから取り出すことができる。第２スラスト部材５を取り出すときは、まず、掛け金２７を第２スラスト部材５から取り外す。そして、第２スラスト部材５を構成する２つの半円環状部材を、ハウジング１１の開口部１１ｂから取り出すことができる。
　図５は、継手装置１の他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１乃至図４を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。
　図５に示すように、本実施形態では、球体７はねじ構造により第２軸１６に着脱可能に固定されている。より具体的には、球体７の軸部７ｂには雄ねじ４０が形成されており、第２軸１６の端面にはねじ穴４２が形成されている。球体７の雄ねじ４０を第２軸１６のねじ穴４２にねじ込むことにより、球体７を第２軸１６に固定することができる。さらに、球体７の雄ねじ４０を第２軸１６のねじ穴４２から外すことにより、球体７を第２軸１６から離すことができる。
　図５に示す実施形態では、第２スラスト部材５は、単一の円環状の部材から構成されており、２つの半円環状部材を有していない。さらに、図１に示す掛け金２７も設けられていない。
　図５に示す実施形態に係る継手装置１を組み立てる方法の一実施形態を説明する。まず、第１軸１５、第１スラスト部材３、および第２スラスト部材５がハウジング１１から取り外され、球体７が第２軸１６から取り外されている状態で、第２スラスト部材５および球体７をハウジング１１の内部空間１０内に入れる。次に、第２スラスト部材５が球体７と第２軸１６との間に位置した状態で、球体７の雄ねじ４０を第２軸１６のねじ穴４２にねじ込み、球体７を第２軸１６に固定する。第１スラスト部材３を、ハウジング１１の開口部１１ｂまたはねじ穴１９を通じて内部空間１０内に入れ、球体７上に置く。さらに、ハウジング１１の全体をその中心軸線ＣＬを中心に回転させ、第１スラスト部材３の第１平坦面３ｂが第１軸１５の端面に接触するまで、ハウジング１１のねじ穴１９を第１軸１５の雄ねじ部２０に螺合させる。第１スラスト部材３の第１平坦面３ｂが第１軸１５の端面に接触した状態で、ハウジング１１の側壁に形成された第２ねじ穴１１ｃに廻り止めねじ３５をねじ込み、ハウジング１１と第１軸１５との相対位置を固定する。これにより、継手装置１の組み立てが完了する。
　第１スラスト部材３および／または第２スラスト部材５を交換するときは、まず、ハウジング１１の全体を反対方向に回転させて、ハウジング１１を第１軸１５から切り離す。第１スラスト部材３は、ハウジング１１の開口部１１ｂまたはねじ穴１９から取り出すことができる。第２スラスト部材５を取り出すときは、球体７の雄ねじ４０を第２軸１６のねじ穴４２から外し、球体７を第２軸１６から離す。そして、球体７をハウジング１１から取り出し、さらに第２スラスト部材５をハウジング１１から取り外す。
　上述した継手装置１の各実施形態は、液体水素、液化天然ガス、液化アンモニア、液体窒素、液化エチレンガス、液化石油ガスなどの液化ガスを移送するための往復ポンプと、駆動源とを連結する用途に適している。特に、図４に示すように、継手装置１は、駆動源３１と往復ポンプ３２との間に配置されているので、往復ポンプ３２内の極低温の液化ガスが駆動源３１を冷却（凍結）してしまうことを防止できる。
　上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
　本発明は、プランジャポンプやピストンポンプなどの往復ポンプの駆動に使用される継手装置に利用可能である。
　１　　　継手装置
　３　　　第１スラスト部材
　３ａ　　第１凹面
　３ｂ　　第１平坦面
　５　　　第２スラスト部材
　５ａ　　第２凹面
　５ｂ　　第２平坦面
　７　　　球体
　７ａ　　外面
１０　　　内部空間
１１　　　ハウジング
１１ａ　　通孔
１１ｂ　　開口部
１１ｃ　　第２ねじ穴
１５　　　第１軸
１６　　　第２軸
１９　　　ねじ穴
２０　　　雄ねじ部
２４　　　座
２７　　　掛け金
３１　　　駆動源
３２　　　往復ポンプ
３５　　　廻り止めねじ
４０　　　雄ねじ
４２　　　ねじ穴

Claims (8)

  1. 　駆動源と往復ポンプとを連結するための継手装置であって、
    　第１凹面を有する第１スラスト部材と、
    　第２凹面を有する第２スラスト部材と、
    　前記第１凹面と前記第２凹面とに挟まれた球体と、
    　前記第１スラスト部材、前記第２スラスト部材、および前記球体を収容する内部空間を有するハウジングを備え、
    　前記第１スラスト部材および前記第２スラスト部材は、前記ハウジングの中心軸線に沿って配列されており、
    　前記内部空間の幅は、前記第１スラスト部材、前記第２スラスト部材、および前記球体の幅よりも大きい、継手装置。
  2. 　前記第１凹面および前記第２凹面は、前記球体の外面と同じ曲率半径を有する窪んだ球面である、請求項１に記載の継手装置。
  3. 　前記第１スラスト部材、前記第２スラスト部材、および前記球体は、前記ハウジングの中心軸線に対して偏芯している、請求項１または２に記載の継手装置。
  4. 　前記第２スラスト部材は第２平坦面を有しており、前記ハウジングは、前記第２平坦面に面接触する平坦な座を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の継手装置。
  5. 　前記ハウジングは、前記駆動源および前記往復ポンプのうちの一方から延びる第１軸に固定され、
    　前記球体は、前記駆動源および前記往復ポンプのうちの他方から延びる第２軸に固定されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の継手装置。
  6. 　前記ハウジングは、前記内部空間に連通するねじ穴を有しており、
    　前記第１軸の外周面に形成された雄ねじ部は、前記ねじ穴に螺合されている、請求項５に記載の継手装置。
  7. 　前記第１スラスト部材は第１平坦面を有しており、前記第１平坦面は前記第１軸の端面に接触している、請求項６に記載の継手装置。
  8. 　前記第２スラスト部材は、複数の部材に分割された構造を有している、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の継手装置。
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