(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸を介して回転動力を出力可能な駆動機と、
前記駆動軸に連結された雄ねじ状の軸体によって構成されたインナーロータと、
内周面が雌ねじ型に形成された筒体であり、一端をなす基端側から他端をなす先端側に向けて前記インナーロータを挿入可能な貫通孔を有するアウターロータと、
前記アウターロータを回転可能なように収容可能な収容空間を有するケーシングとを有しており、
前記アウターロータが、
径方向外側に張り出したフランジ部を有するものであり、
前記ケーシングが、
前記アウターロータに対して前記先端側に設けられた第一開口と、
前記アウターロータに対して前記基端側に設けられた第二開口と、
前記フランジ部を収容可能なフランジ収容部とを有するものであり、
前記アウターロータが前記インナーロータの回転に連動して前記ケーシングの内部において回転することにより、前記第一開口及び前記第二開口のいずれか一方側から流動物を吸い込み、前記第一開口及び前記第二開口の他方側から吐出させることが可能なものであり、
前記アウターロータと前記ケーシングとの間には、
前記アウターロータの先端側に設けられた先端面に面し、前記第一開口と連通した第一空間と、
前記アウターロータの基端側に設けられた基端面に面し、前記第二開口と連通した第二空間と、
前記第二空間とは別に設けられ、前記基端面に面し、前記第一空間と連通した第三空間と、
前記アウターロータにおいて前記フランジ部の前記先端側に設けられ、前記貫通孔と連通した第四空間とが形成されており、
前記第一空間、前記第二空間、前記第三空間、及び前記第四空間の内部に流動物が導入された状態において、前記アウターロータに対して前記先端面側から前記基端面側に向けて作用する圧力Ｂと、前記基端面側から前記先端面側に向けて作用する圧力Ｆとを均衡させることが可能であることを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
【請求項２】
前記フランジ部の先端側フランジ面と、前記ケーシングのフランジ収容部との間に形成された第一の隙間に、前記第三空間及び前記第四空間が連通しており、
前記第二空間及び前記第三空間と、前記アウターロータの基端面との間に形成された第二の隙間に、前記第二空間及び前記第三空間が連通しており、
前記第一空間内に導入された流動物の影響により、前記アウターロータに対して前記先端面側から前記基端面側に向けて作用する圧力をｂ１と規定し、
前記第二空間内に導入された流動物の影響により、前記アウターロータに対して前記基端面側から前記先端面側に向けて作用する圧力をｆ１と規定し、
前記第三空間内に導入された流動物の影響により、前記アウターロータに対して前記基端面側から前記先端面側に向けて作用する圧力をｆ２と規定し、
前記第四空間に導入された流動物の影響により、前記アウターロータに対して前記先端面側から前記基端面側に向けて作用する圧力をｂ２と規定し、
前記第一の隙間において前記第三空間側から導入された流動物、及び前記第四空間側から導入された流動物の影響によって前記フランジ部に対して前記先端面側から前記基端面側に向けて作用する圧力をｂ３と規定し、
前記第二の隙間のうち、前記第二空間から導入された流動物、及び第三空間側から導入された流動物の影響によって前記フランジ部に対して前記基端面側から前記先端面側に向けて作用する圧力をｆ３と規定した場合に、
前記圧力ｂ１，ｂ２，ｂ３の総和と、前記圧力ｆ１，ｆ２，ｆ３の総和とを均衡させることが可能であ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。
【請求項３】
前記フランジ部が、前記アウターロータの基端側に設けられ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。
【請求項４】
前記アウターロータの外周面と、前記収容空間の内周面との間に隙間が形成されており、
前記隙間を流動物が通過可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の一軸偏心ねじポンプ。
【請求項５】
前記収容空間内に収容されたアウターロータを回転可能に支持する軸受が、前記ケーシングと一体あるいは別体として設けられてい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。
【請求項６】
前記アウターロータの前記先端面において前記第一空間に面している領域を第一領域と
規定し、
前記フランジ部の基端側面において前記第二空間に面している領域を第二領域と規定し、
前記フランジ部において前記第三空間に面している領域を第三領域と規定し、
前記フランジ部の先端側面に形成されている前記第四空間の開口領域を第四領域と規定した場合に、
前記第一領域、前記第二領域、前記第三領域、及び前記第四領域が、それぞれ環状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の一軸偏心ねじポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雄ねじ型のロータ（インナーロータ）の回転に連動して雌ねじ型のロータ（アウターロータ）が回転することにより、流動物を移送可能な一軸偏心ねじポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１〜３に開示されているように、雄ねじ型のロータ（インナーロータ）の回転に連動して雌ねじ型のロータ（アウターロータ）が回転するタイプの一軸偏心ねじポンプが、食料原料、化学原料、及び下水汚泥等の高粘度流体（流動物）の圧送用として提供されている。特許文献１の一軸偏心ねじポンプにおいては、アウターロータ及び軸受部分を洗浄可能とすべく、自己潤滑軸受とアウターロータとが摺動する部分の両端を密封するようにシール部材を設けている。また、吸入側及び吐出側に注入口及び排出口を設け、連通路を介して両者を相互に連通させている。
【０００３】
特許文献２の一軸偏心ねじポンプにおいては、高圧側から低圧側への液漏れによる圧送性能の低下を防止すべく、ラビリンス状のシール部材等を設けることにより、自己潤滑軸受とアウターロータとの吐出側の摺動部端を密封した構造が採用されている。また、特許文献３の一軸偏心ねじポンプにおいては、軸受の潤滑性能を維持しつつ、高圧側から低圧側への液漏れによる圧送性能の低下を抑制すべく、自己潤滑軸受とアウターロータとの間に軸方向に沿って連通路を設けると共に、連通路に分断部を設けることにより、吸入側と吐出側とが直接連通状態とならないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９３５２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０９７３１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２０９７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、一般的に一軸偏心ねじポンプにおいては、吐出圧が吸い込み圧よりも高圧になる傾向にある。そのため、インナーロータだけでなくアウターロータについても回転可能とされた一軸偏心ねじポンプにおいては、吐出圧と吸い込み圧との差圧の影響でアウターロータが軸方向に位置ずれする可能性がある。かかるアウターロータの位置ずれを解消すべく、上述した従来技術の一軸偏心ねじポンプにおいては、アウターロータの軸方向略中央部に径方向外側に張り出した大径部を設けると共に、ケーシングに大径部を嵌め込み可能な拡径部を設けた構造を採用している。しかしながら、かかる構造とした場合には、装置構成が複雑となるため、製造及びメンテナンスがしにくいという問題がある。
【０００６】
また、従来技術のような構造を採用した場合であっても、吐出圧あるいは吸い込み圧の影響によりアウターロータが軸方向に位置ずれし、拡径部と大径部とが密接した状態になる可能性がある。このようにしてアウターロータが位置ずれした状態において運転を行うと、大径部が拡径部に押しつけられた状態でアウターロータが回転することになり、大きな動力損失及び発熱の問題が生じ、大径部あるいは拡径部が摩耗等する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、インナーロータの回転に連動してアウターロータが回転するタイプの一軸偏心ねじポンプにおいて、大きな動力損失が生じず、アウターロータが軸方向に位置ずれすることを防止し、かつ軸方向へのズレによるアウターロータ等の摩耗が生じることを確実に防止することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、駆動軸を介して回転動力を出力可能な駆動機と、前記駆動軸に連結された雄ねじ状の軸体によって構成されたインナーロータと、内周面が雌ねじ型に形成された筒体であり、一端をなす基端側から他端をなす先端側に向けて前記インナーロータを挿入可能な貫通孔を有するアウターロータと、前記アウターロータを回転可能なように収容可能な収容空間を有するケーシングとを有しており、前記アウターロータが、径方向外側に張り出したフランジ部を有するものであり、前記ケーシングが、前記アウターロータに対して前記先端側に設けられた第一開口と、前記アウターロータに対して前記基端側に設けられた第二開口と、前記フランジ部を収容可能なフランジ収容部とを有するものであり、前記アウターロータが前記インナーロータの回転に連動して前記ケーシングの内部において回転することにより、前記第一開口及び前記第二開口のいずれか一方側から流動物を吸い込み、前記第一開口及び前記第二開口の他方側から吐出させることが可能なものである。
【０００９】
本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、前記アウターロータと前記ケーシングとの間に、前記アウターロータの先端側に設けられた先端面に面し、前記第一開口と連通した第一空間と、前記アウターロータの基端側に設けられた基端面に面し、前記第二開口と連通した第二空間と、前記第二空間とは別に設けられ、前記基端面に面し、前記第一空間と連通した第三空間と、前記アウターロータにおいて前記フランジ部の前記先端側に設けられ、前記第二空間と連通した第四空間とが形成されている。本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記第一空間、前記第二空間、前記第三空間、及び前記第四空間の内部に流動物が導入された状態において、前記アウターロータに対して前記先端面側から前記基端面側に向けて作用する圧力Ｂと、前記基端面側から前記先端面側に向けて作用する圧力Ｆとを均衡させることが可能であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、流動物の圧送に伴い、第一空間内、第二空間、第三空間、及び第四空間に流動物が導入された状態において、アウターロータに対して先端面側から基端面側に向けて作用する圧力Ｂと、基端面側から先端面側に向けて作用する圧力Ｆとが均衡した状態になる。すなわち、本発明の一軸偏心ねじポンプは、アウターロータの軸方向に作用する圧力バランスをとることによりアウターロータの位置ずれを解消しようとするものであり、この点において従来技術のものと技術的思想が相違している。従って、本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、流動物の圧送時にアウターロータに対して軸方向に作用する圧力Ｂ及び圧力Ｆが相殺された状態になり、アウターロータの軸方向への位置ずれが発生しない。
【００１１】
本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、流動物の圧送時にアウターロータが軸方向に位置ずれしないため、ケーシングに対して押しつけられた状態で回転することを防止できる。これにより、アウターロータの摩耗を防止し、メンテナンス等の手間を最小限に抑制できる。
【００１２】
上述した本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記フランジ部の先端側フランジ面と、前記ケーシングのフランジ収容部との間に形成された第一の隙間に、前記第三空間及び前記第四空間が連通しており、前記第二空間及び前記第三空間と、前記アウターロータの基端面との間に形成された第二の隙間に、前記第二空間及び前記第三空間が連通している。前記第一空間及び第二空間内に導入された流動物の影響により、前記アウターロータに対して前記先端面側から前記基端面側に向けて作用する圧力をｂ１と規定し、前記第二空間内に導入された流動物の影響により、前記アウターロータに対して前記基端面側から前記先端面側に向けて作用する圧力をｆ１と規定し、前記連通路を経て第三空間内に導入された流動物の影響により、前記アウターロータに対して前記基端面側から前記先端面側に向けて作用する圧力をｆ２と規定し、前記第四空間に導入された流動物の影響により、前記アウターロータに対して前記先端面側から前記基端面側に向けて作用する圧力をｂ２と規定し、前記第一の隙間において前記第三空間側から導入された流動物、及び前記第四空間側から導入された流動物の影響によって前記フランジ部に対して前記先端面側から前記基端面側に向けて作用する圧力をｂ３と規定し、前記第二空間から導入された流動物、及び第三空間側から導入された流動物の影響によって前記第二の隙間から前記フランジ部に対して前記基端面側から前記先端面側に向けて作用する圧力をｆ３と規定した場合に、前記圧力ｂ１，ｂ２，ｂ３の総和と、前記圧力ｆ１，ｆ２，ｆ３の総和とを均衡させることが可能な構成とすることが望ましい。
【００１３】
本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、第三空間及び第四空間に流入した流動物、並びに第一の隙間、第二の隙間に導入される僅かな流動物の影響によりアウターロータに対して軸方向に作用する圧力ｂ１，ｂ２，ｂ３の総和に係る圧力と、これらとは軸方向反対側に向けて作用する圧力ｆ１，ｆ２，ｆ３の総和とが相殺される。従って、本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、流動物の圧送時にアウターロータに対して軸方向に作用する圧力の影響によりアウターロータが軸方向に位置ずれすることを防止できる。また、本発明によれば、アウターロータが軸方向に向けて作用する強い力によってケーシングに対して押しつけられた状態で回転することを防止し、アウターロータの摩耗及びメンテナンスの手間を最小限に抑制できる。
【００１４】
上述した本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、前記フランジ部が、前記基端側に設けられていることが望ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、アウターロータ及びケーシングの構造をシンプルなものとすることが可能であり、製造コスト等を最小限に抑制することができる。また、フランジ部をアウターロータの基端側に設けることにより、メンテナンス等のためにアウターロータを着脱する作業が容易となる。
【００１６】
また、本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、前記アウターロータの外周面と、前記収容空間の内周面との間に隙間が形成されており、前記隙間を流動物が通過可能であることが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、ケーシングにおける収容空間の内周面と、アウターロータの外周面との隙間に流動物が介在した状態になり、いわゆる流体軸受によって支持されているのと同様にアウターロータをスムーズに回転させることが可能となる。
【００１８】
本発明の一軸偏心ねじポンプは、前記収容空間内に収容されたアウターロータを回転可能に支持する軸受が、前記ケーシングと一体あるいは別体として設けられたものとすることも可能である。
【００１９】
かかる構成によれば、軸受によりアウターロータをスムーズに回転させることが可能であり、動力損失を最小限に抑制できる。
【００２０】
本発明の一軸偏心ねじポンプにおいては、前記アウターロータの前記先端面において前記第一空間に面している領域を第一領域と規定し、前記フランジ部の基端側面において前記第二空間に面している領域を第二領域と規定し、前記フランジ部において前記第三空間に面している領域を第三領域と規定し、前記フランジ部の先端側面に形成されている前記第四空間の開口領域を第四領域と規定した場合に、前記第一領域、前記第二領域、前記第三領域、及び前記第四領域が、それぞれ軸対称形状あるいは環状であることが好ましい。
【００２１】
かかる構成によれば、第一領域、第二領域、第三領域、及び第四領域に対して周方向に略均一に圧力を作用させることが可能であり、流動物から作用する圧力によりアウターロータの位置ずれが生じることをより一層確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、インナーロータの回転に連動してアウターロータが回転するタイプの一軸偏心ねじポンプにおいて、アウターロータが軸方向に位置ずれすること、及びこれによるアウターロータ等の摩耗が生じることを確実に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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２】図１の一軸偏心ねじポンプにおいて採用されているケーシングを示す分解斜視図である。
【図３】図２に示すケーシングの本体部を示す斜視図であり、（ａ）は先端側から見た状態を示し、（ｂ）は基端側から見た状態を示す。
【図４】図２に示すケーシングのエンドスタッドを示す斜視図であり、（ａ）は先端側から見た状態を示し、（ｂ）は基端側から見た状態を示す。
【図５】図１の一軸偏心ねじポンプにおいて採用されているアウターロータを示す斜視図である。
【図６】図１における第三空間近傍を拡大した拡大図である。
【図７】図２に示す一軸偏心ねじポンプの変形例を示す断面図である。
【図８】図２に示す一軸偏心ねじポンプの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
続いて、本発明の一実施形態であ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。なお、以下の説明においては、特に断りのない限り、動力源である駆動機５０に近い側を基端側、基端側に対して反対側を先端側として説明する。本実施形態の一軸偏心ねじポンプ１０は、いわゆる回転容積型のポンプであり、図１に示すように、駆動機５０、インナーロータ６０、及びアウターロータ７０等をケーシング２０の内部に収容した構成とされている。
【００２５】
図２に示すように、ケーシング２０は、本体部２２と、エンドスタッド２４と、中間部２６と、駆動機収容部２８とに大別され、これらを一体的に連結した構造とされている。図１に示すように、ケーシング２０は、エンドスタッド２４から中間部２６に至る領域において内部空間３０を有する。また、ケーシング２０は、エンドスタッド２４に第一開口３２を有し、中間部２６の外周部分に第二開口３４を有する。
【００２６】
ケーシング２０の内部空間３０は、アウターロータ収容空間３６、第一空間３８、及び第二空間４０に大別される。アウターロータ収容空間３６は、アウターロータ７０が収容される空間であり、ケーシング２０の長手方向（軸方向）に延びるように形成されている。第一空間３８は、アウターロータ収容空間３６に対して第一開口３２側に隣接した位置に設けられた空間である。第一空間３８は、第一開口３２と連通しており、アウターロータ７０の一端（先端）をなす先端面７０ａに面している。
【００２７】
第二空間４０は、アウターロータ収容空間３６に対して第二開口３４側に隣接した位置に設けられた空間である。第二空間４０は、第二開口３４と連通しており、アウターロータ７０の基端をなす基端面７０ｂに面している。また、第二空間４０内には、駆動機収容部２８側から駆動機５０の駆動軸５２が突出し、アウターロータ収容空間３６側からインナーロータ６０が突出している。駆動軸５２及びインナーロータ６０は、第二空間４０内において直接接続され、一体化されている。
【００２８】
ケーシング２０には、上述した内部空間３０に加えて、第三空間４２、第一・第三空間連通路４４、及びフランジ収容部４６が設けられている。第三空間４２は、アウターロータ７０の基端面７０ｂに面しており、第二空間４０とは別に設けられた空間である。第三空間４２は、第一・第三空間連通路４４を介して第一空間３８と連通している。また、フランジ収容部４６は、ケーシング２０の本体部２２内に収容されているアウターロータ７０のフランジ部７２を収容するためのものであり、本体部２２の基端側に設けられている。
【００２９】
ケーシング２０の構造についてさらに詳細に説明すると、図１〜図３に示すように、本体部２２には、突出部２２ａが設けられている。突出部２２ａは、本体部２２の先端側において軸方向に突出するように形成されている。突出部２２ａの略中央部には、アウターロータ収容空間３６が開口している。
【００３０】
一方、図１及び図３（ｂ）に示すように、本体部２２の基端側の開口部分には、第一段部２２ｂ及び第二段部２２ｃが形成されている。これにより、本体部２２は、基端側において２段階に縮径した形状とされている。本体部２２においては、基端側の開口部分から第一段部２２ｂまでの領域が、中間部２６の端部が差し込まれる中間部差込部２２ｄとして機能する。また、第一段部２２ｂから第二段部２２ｃまでの領域は、後に詳述するアウターロータ７０のフランジ部７２を収容するための空間（フランジ収容部４６）として機能する。また、本体部２２においては、上述した内部空間３０よりも径方向外側に外れた位置に第一・第三空間連通路４４の一部をなす連通路構成部４４ａが形成されている。
【００３１】
また、図１及び図４（ｂ）に示すように、エンドスタッド２４には、凹状の突出部差込部２４ｂが設けられている、突出部差込部２４ｂは、突出部２２ａを嵌め込むためのものであり、エンドスタッド２４の一端（接続端２４ａ）側に開口している。突出部差込部２４ｂの内周面には、溝２４ｃが全周に亘って設けられている。溝２４ｃには、Ｏリング等のシール部材２４ｄが嵌め込まれている。
【００３２】
また、エンドスタッド２４の内部には、第一空間３８が形成されている。第一空間３８は、突出部差込部２４ｂ側に開口しており、その開口形状及び大きさは、アウターロータ収容空間３６の突出部２２ａに形成されたアウターロータ収容空間３６の開口と略同一とされている。第一空間３８は、接続端２４ａ側からエンドスタッド２４の軸方向中間部に至る部分（縮径部３８ａ）において、開口領域がテーパー状に縮小している。また、第一空間３８には、第一・第三空間連通路４４の一部をなす連通路構成部４４ｂが設けられている。連通路構成部４４ｂは、第一空間３８の縮径部３８ａをなす傾斜面に連通しており、エンドスタッド２４の接続端２４ａ側に開口している。
【００３３】
上述した突出部差込部２４ｂに対して突出部２２ａを差し込むことにより、本体部２２とエンドスタッド２４とが連結される。また、連通路構成部４４ａ，４４ｂが連通した状態になり、第一空間３８と第二空間４０とを繋ぐ第一・第三空間連通路４４が形成される。これにより、アウターロータ７０の先端側から吐出された流動物が、第一空間３８、第一・第三空間連通路４４、及び第三空間４２に充満した状態になる。
【００３４】
図１及び図２に示すように、中間部２６は、一端側（先端側）が段状に形成されている。具体的には、中間部２６の一端側は、第一段部２６ａと第二段部２６ｂとが形成され、先端側（本体部２２側）に向けて２段階に縮径した形状とされている。中間部２６において、第一段部２６ａよりも先端側の部分は、上述した本体部２２の中間部差込部２２ｄに差し込まれる差込部２６ｃとして機能する部分である。
【００３５】
差込部２６ｃの外径は、上述した中間部差込部２２ｄの内径と略同一とされている。また、差込部２６ｃの外周面には、全周に亘って周溝２６ｄが設けられており、この周溝２６ｄにＯリング等のシール部材２６ｅが嵌め込まれている。従って、差込部２６ｃを中間部差込部２２ｄに差し込むことにより封止され、本体部２２と中間部２６とが流動物が漏出しないように連結された状態になる。
【００３６】
また、本体部２２の中間部差込部２２ｄに対し、中間部２６の差込部２６ｃを差し込むと、第二段部２６ｂに相当する部分に環状の第三空間４２が形成される。第三空間４２は、本体部２２に形成されている第一・第三空間連通路４４と接続されている。従って、第三空間４２は、第一・第三空間連通路４４を介してエンドスタッド２４側に形成された第一空間３８と連通した状態になっている。
【００３７】
駆動機５０は、従来公知のモータによって構成されており、上述したケーシング２０の駆動機収容部２８に収容されている。駆動機５０の駆動軸５２は、中間部２６の第二空間４０内に突出しており、インナーロータ６０の端部に接続されている。
【００３８】
インナーロータ６０は、ステンレス鋼、チタン等の金属、エンジニアリングプラスチック等の樹脂、セラミックス等で作成された軸体であり、駆動機５０の作動に伴って軸心位置Ｌ１を中心として回転可能とされている。インナーロータ６０は、ｎ−１条（ｎは自然数）で単段あるいは多段の雌ねじ形状とされている。本実施形態の例においては、インナーロータ６０は１条で多段とされている。インナーロータ６０は、長手方向のいずれの位置で断面視しても、その断面形状がほぼ真円形となるように形成されている。
【００３９】
図５に示すように、アウターロータ７０は、ゴムに代表される弾性体や樹脂などで作成された筒状の部材である。アウターロータ７０は、略円筒形の外観形状とされており、図１及び図５に示すように基端側に径方向外側に向けて張り出したフランジ部７２を有する。アウターロータ７０の材質は、被搬送物である流動物の種類や性状などにあわせて適宜選択される。アウターロータ７０は、上述したケーシング２０の内部空間３０内に挿入され、フランジ部７２がフランジ収容部４６内に収容された状態になっている。この状態において、アウターロータ７０の外周面と、内部空間３０の内周面及びフランジ収容部４６の内周面との間には、流動物が微量流動可能な程度の隙間７４が形成されている。
【００４０】
アウターロータ７０は、基端側から先端側に向けて貫通した貫通孔７６を有する。アウターロータ７０の内周面７６ａは、ｎ条（ｎは自然数）で単段あるいは多段の雌ねじ形状とされている。本実施形態では、図１や図２に示すように２条で多段の形状とされている。貫通孔７６には、基端側から先端側に向けてインナーロータ６０が挿入されている。また、アウターロータ７０は、インナーロータ６０の軸心位置Ｌ１に対して径方向に外れた軸心位置Ｌ２を中心として回転可能なように収容されている。
【００４１】
アウターロータ７０には、貫通孔７６とフランジ部７２の先端側の先端側面７２ａ（フランジ面）とを繋ぐ第四空間連通路７８が設けられている。第四空間連通路７８は、貫通孔７６に流入する流動物の流れ方向上流側（基端側）から下流側（先端側）に向かうに連れて径方向外側に向けて延びるように傾斜しており、先端側面７２ａに形成された環状の溝部（以下、「第四空間４８」と称す）に繋がっている。第四空間４８は、アウターロータ７０の根元部分において、アウターロータ７０と略同心となるように形成されている。第四空間連通路７８は、第四空間４８内に開口している。そのため、貫通孔７６内に導入された流動物を、第四空間連通路７８を介して第四空間４８内に導入することができ、第四空間４８内の圧力を第二空間４０内の圧力と同一にすることができる。また、フランジ部７２の先端側面７２ａは、ケーシング２０においてフランジ収容部４６を構成する面（対向面４６ａ）に対向している。また、フランジ部７２において先端側面７２ａとは反対側（基端側）に形成された基端側面７２ｂは、アウターロータ７０の基端面７０ｂに相当し、第二空間４０及び第三空間４２に面している。
【００４２】
一軸偏心ねじポンプ１０においては、駆動機５０を作動させることにより、インナーロータ６０が軸心位置Ｌ１を中心として回転する。また、このインナーロータ６０の回転に連動して、アウターロータ７０が軸心位置Ｌ２を中心として従動的に回転する。これにより、第二開口３４から第二空間４０内に導入された流動物が圧送され、アウターロータ７０の貫通孔７６、及び第一空間３８を介して第一開口３２から所定の吐出圧で吐出される。
【００４３】
ここで、本実施形態の一軸偏心ねじポンプ１０においては、第二開口３４から第二空間４０内に吸い込まれ、圧送される流動物の影響により、基端側面７２ｂにおいて、第二空間４０に面している第二領域７３ｂに対して圧力ｆ１が作用する。また、アウターロータ７０の貫通孔７６内に流入した流動物が、さらに第四空間連通路７８を介して環状溝からなる第四空間４８に流入し、第四空間４８が流動物によって満たされることにより、フランジ部７２の先端側面７２ａにおいて、第四空間４８から、先端側から基端側に向かう方向への圧力ｂ２が作用する。
【００４４】
また、図１に示すように、一軸偏心ねじポンプ１０では、アウターロータ７０の先端面７０ａにおいて第一空間３８に面している領域（第一領域７３ａ）、及び流動物圧送用のキャビティをなす貫通孔７８の内周面７６ａに対し、先端側から基端側に向かう方向に圧力ｂ１（吐出圧）が作用する。一方、アウターロータ７０の先端側から流出し、第一空間３８に流入した流動物の一部は、第一・第三空間連通路４４を介して第三空間４２に流入する。これにより、図１及び図６に示すように、アウターロータ７０のフランジ部７２において第三空間４２に面している第三領域７３ｃには、基端側から先端側に向かう方向に圧力ｆ２が作用する。
【００４５】
一軸偏心ねじポンプ１０においては、フランジ部７２の先端側面７２ａと、ケーシング２０のフランジ収容部２２ｅとの間に形成された第一の隙間６２に、第三空間４２からフランジ部７２の外周面とこれに相対する本体部２２の内壁面の間の隙間を通じ微量流入した流体が導入され、環状溝からなる第四空間４８に供給されることにより、フランジ部７２に対して先端側から基端側に向けて圧力ｂ３が作用する。また、第二空間４０及び第三空間４２と、アウターロータの基端側面７２との間に形成された第二の隙間６４に、第三空間４２から第二空間４０に流動物が微量流れることにより、フランジ部７２に対して基端側から先端側に向けて圧力ｆ３が作用する。
【００４６】
ここで、アウターロータ７０の本体部分の半径をｒｏ、フランジ部７２の基端側面７２ｂの半径をｒａ、フランジ部７２の先端側面７２ａにおいて環状に形成されている第四空間４８の開口領域（第四領域７３ｄ）の半径をｒｂ、第二空間４０において基端側面７２ｂに面している開口領域の半径をｒｉと規定する。また、アウターロータ７０から吐出される流動物の圧力をＰｏ、アウターロータ７０に導入される流動物の圧力をＰｉと規定する。このように規定した場合、上述した圧力ｆ１，ｆ２，ｆ３及び圧力ｂ１，ｂ２，ｂ３は、下記の（数式１）〜（数式６）により導出することができる。
【００４７】
また、下記（数式３）及び（数式６）においてＰｘ及びＰｙは、実験結果等に基づいて導出することも可能であるが、例えば下記（数式７）及び（数式８）等に基づいて導出することが可能である。なお、（数式７）におけるＫ１、及び（数式８）におけるＫ２は、それぞれ係数である。係数Ｋ１及びＫ２は、それぞれ第一合流領域６２ａ及び第二合流領域６４ａにおける流動物の圧力分布、これらの領域６２ａ，６４ａの構造等を加味して設定することが可能である。本実施形態の一軸偏心ねじポンプ１０においては、第一合流領域６２ａにおいて作用する圧力は、平均して圧力Ｐｏ，Ｐｉの平均圧相当であると想定されるため、係数Ｋ１を略０．５に設定することが可能である。また、第二合流領域６４ａ作用する圧力は、平均して圧力Ｐｏ，Ｐｉの平均圧よりもやや低いものと想定されるため、係数Ｋ２は０．５よりも小さい正数に設定される。
【００４８】
【数１】
0005838462.tif 000002
【数２】
0005838462.tif 000003
【数３】
0005838462.tif 000004
【数４】
0005838462.tif 000005
【数５】
0005838462.tif 000006
【数６】
0005838462.tif 000007
【数７】
0005838462.tif 000008
【数８】
0005838462.tif 000009
【００４９】
また、本実施形態の一軸偏心ねじポンプ１０においては、流動物の圧送時にアウターロータ７０に対して基端側から先端側に向かう方向に作用する圧力ｆ１，ｆ２，ｆ３と、先端側から基端側に向かう方向に作用する圧力ｂ１，ｂ２，ｂ３とが略均衡が取れ、相殺されるように第一領域７３ａ、第二領域７３ｂ、第三領域７３ｃ、及び第四領域７３ｄの領域面積、並びに第一の隙間６２及び第二の隙間６４の大きさが調整されている。すなわち、下記（数式９）の関係が成立するように各部の面積等が調整されている。
【００５０】
【数９】
0005838462.tif 000010
【００５１】
なお、上述した圧力ｆ１，ｆ２，ｆ３及び圧力ｂ１，ｂ２，ｂ３のうち、他の圧力に比べて無視できる程度に小さいものについては上記（数式９）の関係において加味しないこととしても良い。
【００５２】
上述したように、本実施形態の一軸偏心ねじポンプ１０においては、流動物の圧送に際して各部に流動物が流入した状態において、アウターロータ７０に対して先端側から基端側に向けて作用する圧力Ｂ（Ｂ＝ｂ１＋ｂ２＋ｂ３）と、基端側から先端側に向けて作用する圧力Ｆ（Ｆ＝ｆ１＋ｆ２＋ｆ３）とが略均衡し、相殺された状態状態になる。また、圧力が作用する主要領域である第一領域７３ａ、第二領域７３ｂ、第三領域７３ｃ、第四領域７３ｄ、第四空間４８、第一の隙間６２、及び第二の隙間６４がいずれも同心かつ環状に形成されていることから、圧力ｆ１，ｆ２，ｆ３及び圧力ｂ１，ｂ２，ｂ３がいずれも周方向には略均一に作用する。従って、一軸偏心ねじポンプ１０においては、圧力ｆ１，ｂ２の影響を受けない。従って、一軸偏心ねじポンプ１０は、アウターロータ７０の軸方向への位置ずれを防止することができる。アウターロータ７０がケーシング２０に対して押しつけられた状態で回転することにより摩耗することを防止し、メンテナンス等の手間を最小限に抑制することができる。なお、第一領域７３ａ、第二領域７３ｂ、第三領域７３ｃ、第四領域７３ｄ、第四空間４８、第一の隙間６２、及び第二の隙間６４については、必ずしも上述したように同心かつ環状とする必要はなく、軸対称形状とすることも可能であり、同様の作用効果が得られる。
【００５３】
上述したように、一軸偏心ねじポンプ１０においては、フランジ部７２がアウターロータ７０の基端側に設けられている。これにより、従来技術のもののようにフランジ部７２をアウターロータ７０の軸方向中間部に設ける場合に比べて装置構成をシンプルなものとし、製造コスト等を最小限に抑制することができる。なお、本実施形態の例においては、フランジ部７２をアウターロータ７０の基端側に設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定される訳ではなく、フランジ部７２をアウターロータ７０の軸方向中間部に設けても良い。
【００５４】
また、一軸偏心ねじポンプ１０においては、アウターロータ７０の外周面と、アウターロータ収容空間３６の内周面との間に隙間７４が形成されており、この隙間７４を流動物が通過することが可能とされている。これにより、流体軸受によって支持されているのと同様にアウターロータ７０をスムーズに回転させることが可能となる。なお、本実施形態の例においては、隙間７４に流動物を介在させることにより、アウターロータ７０を回転可能なように支持した構成を例示したが、別途軸受等を設けた構成としても良い。
【００５５】
具体的には、図７に示すように、ケーシング２０のアウターロータ収容空間３６にすべり軸受９０を設け、アウターロータ７０を回転可能に支持した構成としても良い。かかる構成とすることにより、アウターロータ７０の回転抵抗をより一層低減し、動力損失を最小限に抑制することが可能となる。なお、すべり軸受９０は、ケーシング２０の内周面に一体的に取り付けられても良く、ケーシング２０とは別体として取り付けられても良い。
【００５６】
本実施形態の一軸偏心ねじポンプ１０においては、アウターロータ７０が位置ずれすることなく回転するため、アウターロータ７０とケーシング２０との間に隙間７４が確保される。従って、一軸偏心ねじポンプ１０は、アウターロータ７０をケーシング２０等と摩擦を生じることなく回転させることが可能であり、ケーシング２０との摩擦によるアウターロータ７０の摩耗を防止し、及びアウターロータ７０の交換等のメンテナンスの手間を最小限に抑制することが可能である。
【００５７】
また、一軸偏心ねじポンプ１０は、図８に示すようにアウターロータ７０とケーシング２０との間に形成される隙間７４、及び第一・第三空間連通路４４のいずれか一方あるいは双方に排出路９２，９４を接続し、排出路９２，９４の中途に弁９６，９８を設けた構成としても良い。このような構成とした場合は、弁９６，９８を開状態とすることにより隙間７４あるいは第一・第三空間連通路４４に存在する流動物や洗浄液をスムーズに排出させることが可能となる、メンテナンス特性が向上する。
【００５８】
本実施形態において例示した一軸偏心ねじポンプ１０は、本発明の一実施形態を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜設計変更することが可能である。具体的には、一軸偏心ねじポンプ１０においては、第二空間４０内において駆動軸５２及びインナーロータ６０が直接接続し、一体化されているが、駆動軸５２及びインナーロータ６０の間にカップリングを介在させる等して、間接的に接続しても良い。
【００５９】
また、上述した第一空間３８は、開口領域がテーパー状に縮小するように形成された縮径部３８ａを有し、この縮径部３８ａをなす傾斜面に連通路構成部４４ｂが連通したものであるが、縮径部３８ａを設けない構成としても良い。また、連通路構成部４４ｂの連通箇所は必ずしも縮径部３８ａをなす傾斜面でなくても良く、縮径部３８ａ以外の箇所において連通路構成部４４ｂが連通していても良い。
【００６０】
ケーシング２０は、上述した形状及び組み立て構造に限定されるものではなく、適宜設計変更することが可能である。具体的には、ケーシング２０は、本体部２２、エンドスタッド、中間部２６、及び駆動機収容部２８の４つの部分に大別されるものであるが、構成部分の数はこれに限定されるものではない。また、各部の接続形態についても上述したものに限定される訳ではない。
【００６１】
アウターロータ７０において、第四空間４８は貫通孔７６と連通するように形成されているが、第四空間４８は第二開口３４と連通したものであっても良い。また、先端側面７２ａにおける第四空間４８に繋がる第四空間連通路７８の本数、位置、大きさ、形状等は適宜設計変更することが可能である。
【００６２】
本実施形態において例示したアウターロータ７０のフランジ部７２は単純円盤状の形状を有するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、外径が多段に変化するように形成された多段円盤状のものとすることが可能である。かかる構成とすることにより、第一の隙間６２や第二の隙間６４の個数を増加させることが可能となる。また、フランジ部７２をテーパー状の断面形状を有するように形成することが可能である。かかる構成とすることにより、第一の隙間６２や第二の隙間６４の形状をテーパー状とすることが可能となる。
【００６３】
上述した（数式１）〜（数式９）は、本実施形態の一軸偏心ねじポンプ１０においてアウターロータ７０に対して作用する圧力Ｂ，Ｆを略均衡させるために用いられる数式の一例を示したものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、他の数式により置換することが可能である。また、上述したフランジ部７２の断面形状を変更する等の設計変更については、アウターロータ７０に対して作用する圧力Ｂ，Ｆを略均衡させることによりアウターロータ７０の位置決めを図るという本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜実施することが可能である。この際、当該設計変更を加味して（数式１）〜（数式９）の一部又は全部を異なるものと置換する等することにより、アウターロータ７０に対して作用する圧力Ｂ，Ｆを略均衡させ、アウターロータ７０の位置を安定させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、インナーロータの回転に連動してアウターロータが回転することにより流動物を移送可能な一軸偏心ねじポンプに適用可能であり、特に小型化が要求される用途に好適である。
【符号の説明】
【００６５】
１０    一軸偏心ねじポンプ
２０    ケーシング
３０    内部空間
３２    第一開口
３４    第二開口
３６    アウターロータ収容空間
３８    第一空間
４０    第二空間
４２    第三空間
４４    連通路
４６    フランジ収容部
４６ａ  対向面
５０    駆動機
５２    駆動軸
６０    インナーロータ
７０    アウターロータ
７０ａ  先端面
７０ｂ  基端面
７２    フランジ部
７２ａ  先端側面（フランジ面）
７２ｂ  基端側面
７３ａ  第一領域
７３ｂ  第二領域
７３ｃ  第三領域
７３ｄ  第四領域
７４    隙間
７６    貫通孔
７８    第四空間連通路
９０    すべり軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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