(57)【要約】【課題】比較的高濃度の固形物含有液であっても支障なく移送することのできる２軸スクリューポンプが望まれている。【解決手段】２軸スクリューポンプ１は、スクリュー羽根部７Ｂが互いに非接触で噛合して回転する一対のポンプスクリュー７ａ，７ｂの回転駆動により、軟質固形物を含む固形物含有液を取入口２７から本体ケーシング３内に取り入れて吐出口より吐出するポンプであって、一方のスクリュー羽根部７Ｂの羽根先端面と、他方の基軸部７Ａの外周面との間に、各スクリュー羽根部７Ｂの羽根先端面と本体ケーシング３の内周面２Ａとの間の非接触用隙間および双方のポンプスクリュー７ａ，７ｂ間の非接触用隙間よりも広い隙間Ｆが設けられているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基軸部と該基軸部の外周面に螺旋状に形成されたスクリュー羽根部とから成りそれぞれの基軸部を平行にして配置される一対のポンプスクリューと、前記スクリュー羽根部が互いに非接触で噛合して回転する前記一対のポンプスクリューを内蔵する本体ケーシングと、前記本体ケーシングに連結されていて前記一対のポンプスクリューの基軸部の片端を支承する軸受部と、前記本体ケーシングにおける前記ポンプスクリューの自由端側に形成された取入口または吐出口と、前記軸受部寄りの本体ケーシングに形成された吐出口または取入口と、を備えて成り、前記一対のポンプスクリューの回転駆動により、軟質固形物を含む固形物含有液を前記取入口から前記本体ケーシング内に取り入れて前記吐出口より吐出する２軸スクリューポンプにおいて、
一方のポンプスクリューのスクリュー羽根部の羽根先端面と、他方のポンプスクリューの基軸部の外周面との間に、各ポンプスクリューのスクリュー羽根部の羽根先端面と本体ケーシングの内周面との間の非接触用隙間および双方のポンプスクリュー間の非接触用隙間よりも広い隙間が設けられていることを特徴とする２軸スクリューポンプ。
【請求項２】
一方のポンプスクリューのスクリュー羽根部の羽根先端面と、他方のポンプスクリューの基軸部の外周面との間の隙間が、０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下に設定されている請求項１に記載の２軸スクリューポンプ。
【請求項３】
固形物含有液はパルプが水に分散しているパルプスラリーであり、前記パルプスラリー中のパルプ含有率が４重量％以上１５重量％以下である請求項１または請求項２に記載の２軸スクリューポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルプなどのような軟質固形物を含む固形物含有液の移送に適した２軸スクリューポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の２軸スクリューポンプとしては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。斯かる文献記載の２軸スクリューポンプは、基軸部と該基軸部の外周面に螺旋状に形成されたスクリュー羽根部とから成りそれぞれの基軸部を平行にして配置される一対のポンプスクリューと、スクリュー羽根部が互いに非接触で噛合して回転する一対のポンプスクリューを内蔵する本体ケーシングと、本体ケーシングに連結されていて一対のポンプスクリューの基軸部の片端を支承する軸受部と、本体ケーシングにおけるポンプスクリューの自由端側に形成された取入口または吐出口と、軸受部寄りの本体ケーシングに形成された吐出口または取入口と、を備えて成り、一対のポンプスクリューの回転駆動により、軟質固形物を含む固形物含有液を取入口から本体ケーシング内に取り入れて吐出口より吐出するようになっている。
【０００３】
この２軸スクリューポンプにおいては、図６に示すように、一方のポンプスクリュー７ａにおけるスクリュー羽根部７Ｂの噛合側面７Ｓａと、他方のポンプスクリュー７ｂにおけるスクリュー羽根部７Ｂの噛合側面７Ｓｂとの間に、非接触用隙間Ｇ（例えば０．０３〜０．０９ｍｍ）が設定されている。一方、ポンプスクリュー７ａにおけるスクリュー羽根部７Ｂの羽根先端面７Ｂａと、ポンプスクリュー７ｂの基軸部７Ａの外周面７Ａｂとの間には隙間Ｆが設定され、ポンプスクリュー７ａにおける基軸部７Ａの外周面７Ａａと、ポンプスクリュー７ｂのスクリュー羽根部７Ｂの羽根先端面７Ｂｂとの間にも隙間Ｆが設定されている。これらの隙間Ｆは、図６（ａ）および図４（ａ）に示すように、非接触用隙間Ｆ０（例えば０．１２〜０．１８ｍｍ）となっている。
【０００４】
また、ポンプスクリュー７ａ，７ｂにおけるスクリュー羽根部７Ｂ，７Ｂの噛合側面７Ｓａ，７Ｓｂの表面形状は側面から見てゆるやかなＳ字曲線に形成されている。これにより、いかなる回転角度においてもポンプスクリュー７ａ，７ｂの各スクリュー羽根部７Ｂ，７Ｂの噛合側面７Ｓａ，７Ｓｂ間に一定の微細な非接触用隙間Ｇが生じている。そして、図６（ｂ）に示すように、ポンプスクリュー７ａ，７ｂにおけるスクリュー羽根部７Ｂの羽根先端面７Ｂａ，７Ｂｂと、本体ケーシング３の内周面２Ａとの間には、非接触用隙間Ｈ（例えば０．１２〜０．１８ｍｍ）が設けられている。これらの非接触用隙間Ｆ０，Ｇ，Ｈの存在により、ポンプスクリュー７ａ，７ｂは常に非接触となるようになっている。このように、２軸スクリューポンプは非接触用隙間Ｆ０，Ｇ，Ｈから洩れないほど粘度の高い固形物含有液の移送に適しており、特に固形物含有液に剪断力を与えないため、剪断力により変質しやすいとされる食品の移送に好適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５４６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記した一般の２軸スクリューポンプの非接触用隙間を、気体は通過できるが液体および固形物は通過できないようになっており、固形物含有液はポンプ室６内で吐出口に向けて搬送されるのである。しかしながら、例えばパルプ含有率の高いパルプスラリー（例えば３重量％超）を移送する場合は、パルプを構成している木質繊維の先端が多量に隙間Ｆ０，Ｇ，Ｈに入り込みやすい。そのために、隙間Ｆ０，Ｇ，Ｈに入り込んだ多量のパルプ繊維により、ポンプスクリュー７ａ，７ｂがロックされて回転停止を引き起こし、固形物含有液の移送を妨げることがあった。
【０００７】
一方で、パルプを移送する移送量を大きくする方策としては、移送回数を多くするか、一度に送れるパルプの量を多くするために移送機器の大型化を図ることが挙げられるが、いずれの方策を取っても運転コストや設備コストの高騰は避けられない。そこで、固形物含有率を大きくした固形物含有液を移送することにより移送効率を上げることが考えられるが、前記のように高含有率の固形物含有液はポンプスクリューのロックにつながるという課題が残っている。
【０００８】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、比較的高濃度の固形物含有液であっても支障なく移送することのできる２軸スクリューポンプの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る２軸スクリューポンプは、基軸部と該基軸部の外周面に螺旋状に形成されたスクリュー羽根部とから成りそれぞれの基軸部を平行にして配置される一対のポンプスクリューと、スクリュー羽根部が互いに非接触で噛合して回転する一対のポンプスクリューを内蔵する本体ケーシングと、本体ケーシングに連結されていて一対のポンプスクリューの基軸部の片端を支承する軸受部と、本体ケーシングにおけるポンプスクリューの自由端側に形成された取入口または吐出口と、軸受部寄りの本体ケーシングに形成された吐出口または取入口と、を備えて成り、一対のポンプスクリューの回転駆動により、軟質固形物を含む固形物含有液を取入口から本体ケーシング内に取り入れて吐出口より吐出する２軸スクリューポンプにおいて、一方のポンプスクリューのスクリュー羽根部の羽根先端面と、他方のポンプスクリューの基軸部の外周面との間に、各ポンプスクリューのスクリュー羽根部の羽根先端面と本体ケーシングの内周面との間の非接触用隙間および双方のポンプスクリュー間の非接触用隙間よりも広い隙間が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記構成において、一方のポンプスクリューのスクリュー羽根部の羽根先端面と、他方のポンプスクリューの基軸部の外周面との間の隙間が、０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下に設定されているものである。
【００１１】
そして、前記した各構成において、固形物含有液はパルプが水に分散しているパルプスラリーであり、パルプスラリー中のパルプ含有率を４重量％以上１５重量％以下にしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る２軸スクリューポンプによれば、一方のポンプスクリューのスクリュー羽根部の羽根先端面と、他方のポンプスクリューの基軸部の外周面との間に、各ポンプスクリューと本体ケーシングの間および双方のポンプスクリュー間の非接触用隙間よりも広い隙間が設けられているので、固形物含有率の高い固形物含有液を移送させたとき、固形物含有液中の液体成分は、一方の羽根先端面と他方の基軸部外周面との隙間を通過しようとする。その際に固形物含有液中の軟質固形物が前記隙間で捕捉されて回転可能に詰まってしまう。これにより、詰まった軟質固形物が前記隙間のシールの役割を果たすため、ポンプ効率はほとんど低下することがない。従って、比較的高濃度の固形物含有液であっても、一対のポンプスクリューがロックして回転停止したりすることがなく、固形物含有液を支障なく移送することができる。
【００１３】
また、一方のポンプスクリューのスクリュー羽根部の羽根先端面と、他方のポンプスクリューの基軸部の外周面との間の隙間が、０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下に設定されているものでは、固形物含有率が比較的高い固形物含有液を高濃度な４重量％以上１５重量％以下のパルプスラリーであっても、支障なく移送できる。
【００１４】
そして、固形物含有液としては、パルプが水に分散しているパルプスラリーを適用することができ、パルプ含有率が比較的高濃度な４重量％以上１５重量％以下のパルプスラリーであっても、支障なく移送できる。その結果、パルプ含有スラリーの移送効率を上げることができ、ひいてはパルプ製品の生産効率の向上化を図れたのである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る２軸スクリューポンプの内部を示す一部断面を含む平面図である。
【図２】前記２軸スクリューポンプを示す一部断面を含む側面図である。
【図３】前記２軸スクリューポンプを示す一部断面を含む正面図である。
【図４】２軸スクリューポンプにおける一対のポンプスクリューを示す図であって、（ａ−１）は従来技術のポンプスクリューの部分平面図、（ａ−２）は従来技術のポンプスクリューの部分正面図、（ｂ−１）は実施形態１に係るポンプスクリューの部分平面図、（ｂ−２）は実施形態１に係るポンプスクリューの部分正面図、（ｃ−１）は実施形態２に係るポンプスクリューの部分平面図、（ｃ−２）は実施形態２に係るポンプスクリューの部分正面図、（ｄ−１）は実施形態３に係るポンプスクリューの部分平面図、（ｄ−２）は実施形態３に係るポンプスクリューの部分正面図である。
【図５】２軸スクリューポンプにおけるスクリュー羽根部の羽根先端面と他方のポンプスクリューの基軸部外周面との隙間と、適用される固形物含有液のパルプ含有率との関係を示すグラフの図である。
【図６】２軸スクリューポンプのポンプスクリューを示す図であって、（ａ）は一対のポンプスクリュー間の隙間を示した部分説明図、（ｂ）はポンプスクリューと本体ケーシング内周面との間の隙間を示した部分説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。
「実施形態１．」
図１は本発明の実施形態に係る２軸スクリューポンプの内部を示す一部断面を含む平面図、図２は前記２軸スクリューポンプを示す一部断面を含む側面図、図３は前記２軸スクリューポンプを示す一部断面を含む正面図である。但し、図６に示した一般の２軸スクリューポンプと同一の構成要素には、同一の符号を付している。
各図において、この実施形態１に係る２軸スクリューポンプ１は、正面視で繭形のポンプ室６を内蔵するポンプケーシング２と、ポンプケーシング２に連結された軸受部５を備えている。ポンプケーシング２は、前記のポンプ室６を有する前後筒状の本体ケーシング３と、本体ケーシング３に連結された取入側ケーシング４とから構成されている。
【００１７】
ポンプ室６内には、一対のポンプスクリュー７ａ，７ｂが軸心Ｘａ，Ｘｂを平行にして収容されている。ポンプスクリュー７ａ，７ｂの軸部８ａ，８ｂの自由端２６ａ，２６ｂには、フランジ１４，１４が例えばボルト（図示省略）で固着されている。ポンプスクリュー７ａの螺旋方向とポンプスクリュー７ｂの螺旋方向は逆向きである。そして、軸受部５寄りで本体ケーシング３の上面に、軟質固形物を含有した被移送物としての固形物含有液を吐出するための吐出口１９が設けられている。尚、本体ケーシング３のポンプスクリュー自由端側の開口部２７に、取入側ケーシング４の本体ケーシング寄りの開口縁がボルトなどで固定される。
【００１８】
軸受部５はハウジング９とカバー板１０とから箱体状に形成されており、カバー板１０の端面に本体ケーシング３の筒端面が連結されている。ハウジング９内には円錐コロ軸受１１，１１とコロ軸受１２，１２が配備されている。これらのコロ軸受１１，１２はポンプスクリュー７ａの軸部８ａの片端を回動自在に支承している。ポンプスクリュー７ｂの軸部８ｂの片端も別のコロ軸受１１，１２に回動自在に支承されている。ポンプスクリュー７ａの軸部８ａに同期歯車１３ａが固着され、ポンプスクリュー７ｂの軸部８ｂには前記の同期歯車１３ａと噛合する同期歯車１３ｂが固着されている。これら同期歯車１３ａと同期歯車１３ｂとの噛合により、一対のポンプスクリュー７ａ，７ｂが同期して回転し非接触に噛合するようになっている。軸部８ａ，８ｂを軸支する部分のカバー板１０には、メカニカルシール２８，２８が取り付けられている。この場合、ポンプスクリュー７ａの軸部８ａが駆動軸としてモータＭに連結されている。これらポンプスクリュー７ａ，７ｂにおけるスクリュー羽根部７Ｂの直径は例えば６９．７ｍｍであり、基軸部７Ａの直径は３６ｍｍである。また、ポンプ室６の１周分の空間容積は例えば６０ｍＬである。
【００１９】
この場合、ポンプスクリュー７ａにおけるスクリュー羽根部７Ｂの噛合側面７Ｓａと、ポンプスクリュー７ｂにおけるスクリュー羽根部７Ｂの噛合側面７Ｓｂとの間には、非接触用隙間Ｇが設定されている。一方、ポンプスクリュー７ａにおけるスクリュー羽根部７Ｂの羽根先端面７Ｂａと、ポンプスクリュー７ｂの基軸部７Ａの外周面７Ａｂとの間には隙間Ｆが設定され、ポンプスクリュー７ａにおける基軸部７Ａの外周面７Ａａと、ポンプスクリュー７ｂのスクリュー羽根部７Ｂの羽根先端面７Ｂｂとの間にも隙間Ｆが設定されている。
【００２０】
この実施形態１では、対面する基軸部７Ａとスクリュー羽根部７Ｂとの間のそれぞれの隙間Ｆ，Ｆは、隙間Ｆ（１）となっている。この隙間Ｆ（１）は、図４（ｂ）に示すように、従来の非接触用隙間Ｆ０よりも広い、例えば１．０ｍｍに設定されている。この場合、本体ケーシング３の内周面２Ａの内径によりスクリュー羽根部７Ｂの外径が決まっているので、基軸部７Ａの外周面７Ａａ，７Ａｂが削られて外径が小さくされることにより、前記の隙間Ｆが大きくされる。そして、この実施形態１で適用される固形物含有液（分散媒：ほとんど水）はパルプスラリーであり、パルプ含有率が６．０重量％のものを用いてある。ここで用いたパルプスラリーは、例えば針葉樹などの木材チップを機械的に破砕して得られた機械（木材）パルプを分散剤で水中に分散させたものである。但し、本発明に適用されるパルプスラリー中のパルプとしては、機械パルプに限るものでなく、例えば化学パルプ、古紙パルプ、非木材パルプ、その他が挙げられる。
【００２１】
そして、取入側ケーシング４に確保された供給側空間２０内には、ポンプスクリュー７ａと同じ螺旋向きのコンベアスクリュー１７ａと、ポンプスクリュー７ｂと同じ螺旋向きのコンベアスクリュー１７ｂが配備されている。コンベアスクリュー１７ａ，１７ｂの軸部２４ａ，２４ｂの一端にフランジ１５，１５が溶接などで固着されている。フランジ１５，１５はポンプスクリュー７ａ，７ｂのフランジ１４，１４にボルト１６，１６で連結される。これにより、ポンプスクリュー７ａの軸部８ａとコンベアスクリュー１７ａの軸部２４ａとが同軸心Ｘａで連結され、ポンプスクリュー７ｂの軸部８ｂとコンベアスクリュー１７ｂの軸部２４ｂとが同軸心Ｘｂで連結される。取入側ケーシング４におけるコンベアスクリュー１７ａ，１７ｂの上方位置は、固形物含有液をケーシング内に供給するための取入口１８となっている。
【００２２】
上記のように構成された２軸スクリューポンプ１の作用を次に説明する。この２軸スクリューポンプ１においては、モータＭの回転駆動により、ポンプスクリュー７ａおよびコンベアスクリュー１７ａが一方向（図１の矢印Ｒａ方向）に回転すると、同期歯車１３ａ，１３ｂを介して動力伝達されたポンプスクリュー７ｂおよびコンベアスクリュー１７ｂが逆回り（図１の矢印Ｒｂ方向）に同期回転する。このとき、ポンプスクリュー７ａの回転数は例えば１８００ｒｐｍであり、消費電力は例えば１１００ＶＡであった。そこで、固形物含有液が取入口１８から供給側空間２０内に供給されると、コンベアスクリュー１７ａ，１７ｂが固形物含有液をポンプスクリュー７ａ，７ｂへ案内する（図２の矢印Ｋ方向）。このようにして固形物含有液がポンプスクリュー７ａ，７ｂの自由端２６ａ，２６ｂまで案内されると、固形物含有液はポンプスクリュー７ａ，７ｂのポンプ作用によりポンプ室６に取り込まれて圧送され、吐出口１９へ送られて吐出される。
【００２３】
上記したように、この実施形態の２軸スクリューポンプ１によれば、パルプ含有率の高いパルプスラリーを移送させたとき、パルプスラリー中の水は、一方の羽根先端面７Ｂａまたは７Ｂｂと他方の基軸部７Ａの外周面７Ａｂまたは７Ａａとの隙間Ｆ（１）を勢いよく通過しようとする。その際にパルプスラリー中の軟質のパルプが隙間Ｆ（１）で捕捉されて回転可能に詰まってしまう。これにより、詰まったパルプが隙間Ｆ（１）のシールの役割を果たすため、ポンプ効率はほとんど低下することがない。従って、比較的高濃度のパルプスラリーであっても、一対のポンプスクリュー７ａ，７ｂがロックして回転停止したりすることがなく、パルプスラリーを支障なく移送できるのである。因みに、この実施形態１によれば、パルプ含有率が７重量％までは、ポンプスクリューのロック停止を生じることなく、固形物含有液を支障なく移送できている。その結果、パルプスラリーの移送効率を上げることができ、ひいてはパルプ製品の生産効率の向上化を図ることができた。
【００２４】
「実施形態２．」
この実施形態２の２軸スクリューポンプでは、対面する基軸部７Ａとスクリュー羽根部７Ｂとの間のそれぞれの隙間Ｆ，Ｆが、隙間Ｆ（２）となっている。この隙間Ｆ（１）は、図４（ｃ）に示すように、例えば２．０ｍｍに設定されている。固形物含有液は実施形態１と同種のパルプスラリーであり、パルプ含有率が８．５重量％のものを用いた。
この実施形態２によっても、パルプ含有率が１０重量％までは固形物含有液を支障なく移送できている。但し、パルプ含有率が１０重量％を超えると、一対のポンプスクリューがロックして回転停止することがある。
【００２５】
「実施形態３．」
この実施形態３の２軸スクリューポンプでは、対面する基軸部７Ａとスクリュー羽根部７Ｂとの間のそれぞれの隙間Ｆ，Ｆが、隙間Ｆ（３）となっている。この隙間Ｆ（３）は、図４（ｄ）に示すように、例えば３．０ｍｍに設定されている。固形物含有液は実施形態１と同種のパルプスラリーであり、パルプ含有率が１３重量％のものを用いた。
この実施形態３によっても、パルプ含有率が１５重量％までは固形物含有液を支障なく移送できている。但し、パルプ含有率が１５重量％を超えると、一対のポンプスクリューがロックして回転停止する場合が多くなった。
【００２６】
上記した実施形態１〜３および従来一般の２軸スクリューポンプの試験結果を図５のグラフに示す。図５から明らかなように、適用されるパルプスラリーのパルプ含有率に応じて、隙間Ｆの大きさを決めればよいことが判る。但し、隙間Ｆが３．５ｍｍを超えると、パルプが詰まりにくくなり隙間Ｆへのシール効果が薄れポンプ効率が小さくなって、多大な消費動力を必要とするので好ましくない。
【００２７】
尚、上記の実施形態では、ポンプスクリュー７ａ，７ｂの自由端２６ａ，２６ｂにスクリューコンベア１７ａ，１７ｂを連結したコンベア機能付きの２軸スクリューポンプを例示したが、本発明はそれに限定されるものでない。例えば、スクリューコンベアを持たない一対のポンプスクリューだけの構成を採用した２軸スクリューポンプも、本発明に含まれる。
【００２８】
また、上記では、本体ケーシングにおけるポンプスクリュー７ａ，７ｂの自由端２６ａ，２６ｂ側に取入口１８を形成し、軸受部５寄りの本体ケーシング３に吐出口１９を形成した例を示したが、本発明はその形態に限らず、例えば軸受部寄りの本体ケーシングに取入口を形成し、本体ケーシングにおけるポンプスクリューの自由端側に吐出口を形成したものも含まれる。
【００２９】
そして、上記では、軟質固形物としてのパルプを含有するパルプスラリーを用いた例を示したが、本発明の固形物含有液はそれに限定されるものでない。例えば、茶殻やコーヒー出し殻などを軟質固形物として含む固形物含有液も、本発明に適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ２軸スクリューポンプ
２  ポンプケーシング
２Ａ  内周面
３  本体ケーシング
５  軸受部
７ａ，７ｂ  ポンプスクリュー
７Ａ  基軸部
７Ａａ，７Ａｂ  外周面
７Ｂ  スクリュー羽根部
７Ｂａ，７Ｂｂ  羽根先端面
８ａ，８ｂ  軸部
１７ａ，１７ｂ  コンベアスクリュー
１８  取入口
１９  吐出口
２６ａ，２６ｂ  自由端
２７  開口部（取入口）
Ｆ，Ｆ（１），Ｆ（２），Ｆ（３）  隙間
Ｆ０，Ｇ，Ｈ  非接触用隙間
Ｘａ，Ｘｂ  軸心
【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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