(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雌ねじ状の内面を有する回転可能に支持された筒形状のステータと、前記ステータに内挿された雄ねじ状の螺旋部を有するロータとを備え、前記ロータはその回転軸線が前記ステータの回転軸線に対して偏心するように配置され、前記ロータの回転力で前記ステータを前記ロータの二分の一の回転数で追従回転させる一軸偏心ねじポンプであって、
前記ロータに回転力を付与する電動モータと、
前記電動モータを駆動制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、当該一軸偏心ねじポンプの起動時に、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるように前記ロータを正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させる振動運転を行ってから、正転方向への定速運転である定常運転に移行するように前記電動モータを駆動制御することを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
【請求項２】
雌ねじ状の内面を有する回転不可能に支持された筒形状のステータと、前記ステータに内挿された雄ねじ状の螺旋部を有するロータとを備え、前記ロータはその回転軸線が前記ステータの中心軸線に対して偏心するように配置された一軸偏心ねじポンプであって、
前記ロータに回転力を付与する電動モータと、
前記電動モータを駆動制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、当該一軸偏心ねじポンプの起動時に、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるように前記ロータを正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させる振動運転を行ってから、正転方向への定速運転である定常運転へと移行するように前記電動モータを駆動制御することを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
【請求項３】
前記制御部は、前記振動運転の最後の逆転方向への回転運動後のタイミングで正転方向への定速運転である定常運転に移行するように前記電動モータを駆動制御する請求項１又は２に記載の一軸偏心ねじポンプ。
【請求項４】
前記制御部は、前記電動モータの出力トルクが定格トルク値以下に制限されるように前記電動モータを駆動制御する請求項１から３のいずれか１項に記載の一軸偏心ねじポンプ。
【請求項５】
前記ステータは、内側にエラストマー製の内周部を有するステータ内筒と、該ステータ内筒の外側に嵌め込まれる金属製のステータ外筒とから構成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の一軸偏心ねじポンプ。
【請求項６】
前記エラストマー製の内周部は、一定の肉厚に形成されている請求項５に記載の一軸偏心ねじポンプ。
【請求項７】
雌ねじ状の内面を有する回転可能に支持された筒形状のステータと、前記ステータに内挿された雄ねじ状の螺旋部を有するロータと、前記ロータに回転力を付与する電動モータと、前記電動モータを駆動制御する制御部とを備え、前記ロータはその回転軸線が前記ステータの回転軸線に対して偏心するように構成され、前記ロータの回転力で前記ステータを前記ロータの二分の一の回転数で追従回転させる一軸偏心ねじポンプの運転制御方法であって、
前記制御部が、前記一軸偏心ねじポンプの起動時に、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるように前記ロータを正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させる振動運転を行ってから、正転方向への定速運転である定常運転に移行するように前記電動モータを駆動制御するステップを含むことを特徴とする一軸偏心ねじポンプの運転制御方法。
【請求項８】
雌ねじ状の内面を有する回転不可能に支持された筒形状のステータと、前記ステータに内挿された雄ねじ状の螺旋部を有するロータと、前記ロータに回転力を付与する電動モータと、前記電動モータを駆動制御する制御部とを備え、前記ロータはその回転軸線が前記ステータの中心軸線に対して偏心するように配置された一軸偏心ねじポンプの運転制御方法であって、
前記制御部が、前記一軸偏心ねじポンプの起動時に、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるように前記ロータを正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させる振動運転を行ってから、正転方向への定速運転である定常運転へと移行するように前記電動モータを駆動制御するステップを含むことを特徴とする一軸偏心ねじポンプの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食料原料や、化学原料、下水汚泥などの圧送液を定量圧送する一軸偏心ねじポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のねじポンプとしては、例えば特許文献１及び２に開示されたものがある。
特許文献１に記載の一軸偏心ねじポンプは、雌ねじ状の内面を有する固定された筒状のステータに雄ねじ状の螺旋部を有するロータを内装し、そのロータを、ユニバーサルジョイントを介して駆動軸に連結したものである。このステータ固定型の一軸偏心ねじポンプは、駆動軸を回転させることにより、ユニバーサルジョイントを介してロータが回転しつつステータの軸心に対して偏心運動を行うことによって、圧送液を吸入側から吐出側へ定量圧送することができる。
【０００３】
また、特許文献２に記載の一軸偏心ねじポンプは、回転可能に支持された筒状のステータに雄ねじ状のロータを内装し、ステータがロータの回転に追従回転するようになっている。このステータ従属回転型の一軸偏心ねじポンプは、ロータの回転にステータが追従回転する構造となるため自在継手が不要となる。また、ロータを片持ち支持構造としているので洗浄性に優れている。さらに、自在継手が不要なので、自在継手のあるステータ固定型の一軸偏心ねじポンプよりも圧送中の液の撹拌も少なくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５６９１０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１及び２の従来技術は、いずれもロータとステータとの間に一定の締め代を設ける必要があり、ポンプを長時間停止した後や、高温液を圧送した後のポンプ停止時にロータとステータとの接触面がドライで吸着した状態となり、ポンプ起動時に過大な起動トルクが発生するといった問題があった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、ポンプ起動時の過大な起動トルクの発生を回避することが可能な一軸偏心ねじポンプ及びその運転制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る一軸偏心ねじポンプは、雌ねじ状の内面を有する回転可能に支持された筒形状のステータと、前記ステータに内挿された雄ねじ状の螺旋部を有するロータとを備え、前記ロータはその回転軸線が前記ステータの回転軸線に対して偏心するように配置され、前記ロータの回転力で前記ステータを前記ロータの二分の一の回転数で追従回転させる一軸偏心ねじポンプであって、前記ロータに回転力を付与する電動モータと、前記電動モータを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記一軸偏心ねじポンプの起動時に、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるように前記ロータを正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させる振動運転を行ってから、正転方向への定速運転である定常運転に移行するように前記電動モータを駆動制御する。
【０００７】
また、本発明の第２の態様に係る一軸偏心ねじポンプは、雌ねじ状の内面を有する回転不可能に支持された筒形状のステータと、前記ステータに内挿された雄ねじ状の螺旋部を有するロータとを備え、前記ロータはその回転軸線が前記ステータの中心軸線に対して偏心するように配置された一軸偏心ねじポンプであって、前記ロータに回転力を付与する電動モータと、前記電動モータを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記一軸偏心ねじポンプの起動時に、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるように前記ロータを正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させる振動運転を行ってから、正転方向への定速運転である定常運転へと移行するように前記電動モータを駆動制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一軸偏心ねじポンプの起動時に、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるようにロータを正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させる振動運転を行ってから、正転方向への定速運転である定常運転に移行するようにした。これにより、例えば、一軸偏心ねじポンプの長時間停止後や、高温液を圧送した後の一軸偏心ねじポンプ停止時のロータとステータの吸着状態を、逆転方向に吸着部を剥がす範囲を徐々に拡大する振動運転によって正転方向へのトルク上昇を抑えつつ解放することが可能となる。その結果、ロータとステータの吸着に起因する一軸偏心ねじポンプを起動時の過大な起動トルクの発生を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る一軸偏心ねじポンプを説明する図であり、同図では、軸線に沿った断面図を示している。
【図２】本発明に係るコントローラ５の構成例を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態の運転制御処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の起動運転制御処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る起動運転制御処理を行わなかった場合の実施例を示す図である。
【図６】本発明に係る起動運転制御処理を行った場合の実施例を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る一軸偏心ねじポンプを説明する図であり、同図では、軸線に沿った断面図を示している。
【図８】第３実施形態に係る一軸偏心ねじポンプを説明する図であり、同図では、軸線に沿った断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面に基づき、本発明の第１〜第３実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、寸法の関係や比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。
また、以下に示す第１〜第３実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１は、図１に示すように、円筒状のねじポンプ部４０を有する。そして、このねじポンプ部４０の吸込み側１４にケーシング３０が設けられている。ケーシング３０は、自身側面（この例では回転軸線Ｌ２よりも上部）に吸込口１２を有する。ねじポンプ部４０のハウジング４６とケーシング３０の吸込み側１４（ねじポンプ部４０の吸込み側でもある）とは、ヘルールクランプ４３によって着脱可能に連結されている。また、ハウジング４６の吐出側４６ｔには吐出部５０が締めねじ５０ａによって装着されている。
【００１２】
そして、上記ケーシング３０に対し、ねじポンプ部４０とは反対の側から、軸受部２０を内蔵するブラケット部１０が不図示の締めねじによって連結されている。さらに、ブラケット部１０の基端側（同図の右側）には、駆動用の電動モータ２が不図示のボルトによって固定されている。
この電動モータ２は、例えば、誘導電動機や同期電動機等のＡＣモータや、ブラシレスＤＣモータやステッピングモータ等のＤＣモータから構成される。第１実施形態において、電動モータ２は、ブラシレスＤＣモータから構成されていることとする。
【００１３】
上記ねじポンプ部４０は、円筒状のハウジング４６内に、雄ねじ状のロータ４２と、雌ねじ状の内面をもつステータ４１とを備えている。ロータ４２は、先端側の螺旋部４２ａと、直線状の基端部４２ｂとから構成されている。基端部４２ｂは、ユニバーサルジョイントを用いることなく、水平に配置された駆動軸８の先端に直接連結している。螺旋部４２ａは、自身の回転軸線Ｌ２に対して偏心した長円形断面を有しており、この螺旋部４２ａが、雌ねじ状の内面を形成したステータ４１に内挿されている。なお、上記軸受部２０は、上記駆動軸８の途中部分を軸方向に離間した二つの転がり軸受２２，２３によって回転自在に支持している。また、駆動軸８の先端側であって、ケーシング３０側の端面は水中軸受２５によって軸封されている。
【００１４】
そして、このステータ４１の回転軸線Ｌ１に対して、上記ロータ４２の回転軸線Ｌ２は、所定の偏心量Ｅだけ偏心して配置されている。ステータ４１は、その雌ねじ状のピッチがロータ４２の螺旋部４２ａの２倍である。ステータ４１は、その両端が、すべり軸受としての、円環状の自己潤滑軸受４７、４８を介して上記ハウジング４６内に回転自在に支持されている。
この例では、ステータ４１は、ステータ内筒４１ａと、このステータ内筒４１ａを軸方向の両側から挟み込むように形成された段付き形状の二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃとを有して構成されている。ステータ内筒４１ａは、内側に焼き嵌めされたエラストマー製の内周部を有し、上記雌ねじ状の内面がこの内周部によって形成されている。ステータ外筒４１ｂ，４１ｃとステータ内筒４１ａとは、押しねじ４１ｄ，４１ｄによって固定されることで全体として一体で回転するようになっている。
【００１５】
そして、ケーシング３０とハウジング４６とには、相互が対向する側の内面に、凹の段部３０ｄ、４６ｄがそれぞれ形成されている。さらに、ステータ４１の外周面には、各ステータ外筒４１ｂ，４１ｃによって凸の段部４１ｔが形成されており、各ステータ外筒４１ｂ，４１ｃに対して、その凸の段部４１ｔの両端部に自己潤滑軸受４７、４８が当接されつつ外嵌され、ケーシング３０とハウジング４６とをヘルールクランプ４３によって組み付けることでケーシング３０とハウジング４６相互の内面に形成された凹の段部３０ｄ、４６ｄの内側面が自己潤滑軸受４７、４８の軸方向への移動を拘束しつつ、ステータ４１を回転自在に支持するように構成されている。
【００１６】
このような構成の一軸偏心ねじポンプ１は、オペレータにより操作パネル６からの起動操作がなされると、後述するコントローラ５（制御部に対応）の制御下で電動モータ２が駆動され、電動モータ２の回転力によって駆動軸８が一体で回転し、この駆動軸８に直接接続されたロータ４２が回転する。そして、ねじポンプ部４０は、ロータ４２がその回転軸線Ｌ２を中心として回転し、ロータ４２の螺旋部４２ａの動きに伴ってステータ４１もその回転軸線Ｌ１を中心としてロータ４２の回転と同期してロータ４２の二分の一の回転数で従動回転することにより、圧送流体を吸込口１２から吸込み側１４を介して吐出口１６に向けて圧送するようになっている。
【００１７】
ここで、この一軸偏心ねじポンプ１は、電動モータ２の回転角度であるモータ回転角度θを測定可能な、例えば、レゾルバやロータリエンコーダ等から構成されるモータ回転角度センサ３が電動モータ２に付設されている。モータ回転角度センサ３によって検出したモータ回転角度θは、コントローラ５に入力される。
コントローラ５は、コンピュータを含む制御装置であり、操作パネル６を介したオペレータによる起動操作および停止操作に応じて、本発明に係る運転制御処理を実行し、操作内容に対応する運転動作が実施されるように電動モータ２を駆動制御するようになっている。
【００１８】
このコントローラ５は、図２に示すように、制御演算装置５１と、モータ駆動回路５２とを備えている。
制御演算装置５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、Ｉ／Ｆ回路、バス等を備えるコンピュータシステムを備えている。制御演算装置５１は、運転制御処理を実行すると、入力されたモータ回転角度θから、モータ回転角速度ω、モータ回転角加速度αを演算し、これら演算結果と入力されたモータ回転角度θとに基づき、電動モータ２を駆動制御するための指令値を演算する。制御演算装置５１は、演算した指令値をモータ駆動回路５２に出力する。
【００１９】
モータ駆動回路５２は、図示しないゲート駆動回路及びインバータ回路を含んで構成されている。モータ駆動回路５２は、制御演算装置５１から入力される指令値（例えば、電圧指令値）に基づきゲート駆動回路を駆動して、例えば、ＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号によってインバータ回路を駆動して電動モータ２に駆動電圧を印加する。
ここで、第１実施形態のコントローラ５は、運転制御処理として、電動モータ２を起動運転すると共に定常運転する起動運転制御処理、及び電動モータ２の運転を停止する停止運転制御処理を実行するように構成されている。
【００２０】
起動運転制御処理は、一軸偏心ねじポンプ１を起動時の過大な起動トルクの原因となるロータ４２とステータ４１の接触面の吸着を解放するための運転動作である振動運転を行うための電動モータ２の駆動制御処理（以下「振動運転制御処理」と記載する場合がある）となる。加えて、起動運転制御処理は、振動運転の後に続けて一軸偏心ねじポンプ１の定常運転を行うための電動モータ２の駆動制御処理（以下、「定常運転制御処理」と記載する場合がある）となる。
具体的に、第１実施形態の振動運転制御処理は、一軸偏心ねじポンプ１の定常運転の起動前に、逆転方向に回転時のモータ回転角度変位が正転方向に回転時のモータ回転角度変位よりも微小量大きな所定角度変位となるように、ロータ４２の正回転及び逆回転を交互に短時間で繰り返すように電動モータ２を駆動制御する処理となる。
【００２１】
なお、第１実施形態おいて、振動運転制御処理は、例えば、正回転→逆回転の１往復を１回として、この往復運動を予め設定した設定回数Ｘだけ繰り返す処理となる。これにより、振動運転を、必ず逆回転で終了するようにしている。
また、第１実施形態では、振動運転時においてモータの出力トルクである運転トルクに制限を設けており、コントローラ５は、運転トルクが予め設定したトルク制限値（例えば、設計許容値である定格トルク値）を超えないように、電動モータ２を駆動制御するように構成されている。
【００２２】
具体的に、第１実施形態の制御演算装置５１は、演算した指令値がトルク制限値を超える運転トルクを発生させるような値のときに、その指令値を事前に補正して、電動モータ２に対して、トルク制限値を超える運転トルクが発生するような過大な電流を流さないようにしている。
これにより、振動運転時において、運転トルクは逆転方向に上昇するが、ロータ４２とステータ４１との接触面の吸着が解けるまで運転トルクがトルク制限値を超えないようになっている。
【００２３】
また、第１実施形態の定常運転制御処理は、振動運転終了時のロータ４２を逆転方向に回転後のタイミングで、ロータ４２を予め設定された第１回転角速度ωｓｒで正転方向に定速回転するように電動モータ２を駆動制御する処理となる。このとき、第１回転角速度ωｓｒまでは予め設定された第１回転角加速度αｓｒで加速するように制御する。
一方、停止運転制御処理は、電動モータ２の停止前の回転方向とは逆転方向に、定常運転時よりも低角加速度且つ低角速度で所定角度だけロータ４２を回転させて運転を停止するように電動モータ２を駆動制御する処理となる。
【００２４】
（運転制御処理）
次に、図３に基づき、コントローラ５で実行される運転制御処理の処理手順について説明する。ここで、運転制御処理は、予め設定した周期で繰り返し実行される処理である。
コントローラ５で運転制御処理が実行されると、図３に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、一軸偏心ねじポンプ１が起動段階か否かを判定し、起動段階であると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０２に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０４に移行する。
この判定処理は、操作パネル６を介したオペレータの起動操作による起動指示が入力されたか否かを監視し、起動指示が入力されていれば起動段階であると判定し、起動指示が入力されていなければ起動段階ではないと判定する処理である。
【００２５】
ステップＳ１０２に移行した場合は、起動運転制御処理を実行し、一軸偏心ねじポンプ１を振動運転してから定常運転して、一連の処理を終了する。なお、起動運転制御処理の処理手順の詳細については後述する。
ここで、制御演算装置５１は、起動運転制御処理における振動運転制御処理の開始時に、定常運転中であることを示す定常運転フラグを設定するようになっている。この定常運転フラグは、例えば「１」に設定されているときに定常運転中であることを示し、例えば「０」に設定されているときに定常運転中ではないことを示すフラグである。なお、振動運転制御処理の開始時ではなく、定常運転制御処理の開始時に定常運転フラグを設定する構成としてもよい。
【００２６】
一方、ステップＳ１００において、起動段階ではないと判定してステップＳ１０４に移行した場合は、一軸偏心ねじポンプ１が停止段階か否かを判定する。そして、停止段階であると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０６に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１０８に移行する。
この判定処理は、操作パネル６を介したオペレータの停止操作による停止指示が入力されたか否かを監視し、停止指示が入力されていれば停止段階であると判定し、停止指示が入力されていなければ停止段階ではないと判定する処理である。なお、オペレータが運転時間を設定して、運転時間の運転が終了した時に自動で停止する構成としてもよい。この場合は、停止指示がプログラムによって自動で入力される。
【００２７】
ステップＳ１０６に移行した場合は、停止運転制御処理を実行し、一軸偏心ねじポンプ１の運転を停止して、一連の処理を終了する。
この停止運転制御処理は、例えば、運転停止前の回転方向とは逆転方向に、定常運転時よりも低角加速度且つ低角速度で所定角度だけロータ４２を回転させて運転を停止する処理である。なお、停止運転制御処理時の所定角度としては、５〜２０°程度が好ましい。例えば、逆転方向への回転制御は、角加速度が、５０〜２００π［ｒａｄ／ｓ２］、最大トルクが定格トルクの４５〜６５％、角速度が、ロータ回転数で１００［ｍｉｎ−１］以下となるように制御する。
【００２８】
なお、制御演算装置５１は、停止運転制御処理の開始時に、定常運転フラグを、定常運転中ではないことを示す値（例えば０）に変更する。
また、ステップＳ１０４において停止段階ではないと判定してステップＳ１０８に移行した場合は、一軸偏心ねじポンプ１が定常運転中か否かを判定し、定常運転中であると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１１０に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、一連の処理を終了する。
この判定処理は、定常運転フラグの値に基づき行い、定常運転フラグが定常運転中を示す値であった場合は定常運転中であると判定し、定常運転中ではないことを示す値であった場合は定常運転中ではない（運転停止中である）と判定する処理となる。
ステップＳ１１０では、定常運転制御処理を継続して、一連の処理を終了する。
【００２９】
（起動運転制御処理）
次に、図４に基づき、ステップＳ１０２で実行される起動運転制御処理の処理手順について説明する。
ステップＳ１０２において、起動運転制御処理が実行されると、図４に示すように、まず、ステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２００では、正転と逆転の往復回数を計数するための変数ｉに０を代入して、ステップＳ２０２に移行する。
【００３０】
ステップＳ２０２では、正転方向への回転制御処理を実施して、ロータ４２を正転方向に所定角度だけ回転駆動して、ステップＳ２０４に移行する。
この正転方向への回転制御処理は、予め設定された正転時の角度変位Δθｐ、第２回転角加速度αｓ及び第２回転角速度ωｓと、モータ回転角度センサ３から得られるモータ回転角度θと、このモータ回転角度θから演算したモータ回転角速度ω及びモータ回転角加速度αとに基づき実行される処理となる。
具体的に、制御演算装置５１は、現在のモータ回転角度θの位置から正転方向に角度変位Δθｐだけ変位した位置（θ＋Δθｐ）を目標位置θｓｐとして、この目標位置θｓｐまで、第２回転角速度ωｓで電動モータ２を回転駆動させるための指令値の演算を行う。このとき、現在のモータ回転角速度ωから第２回転角速度ωｓまで第２回転角加速度αｓで加速するように指令値を演算する。そして、演算した指令値（指令信号）をモータ駆動回路５２に入力する。
【００３１】
これにより、モータ駆動回路５２によって、電動モータ２に駆動電圧が印加され、電動モータ２が回転駆動し、駆動軸８に直接接続されたロータ４２が目標位置まで第２回転角速度ωｓで正転方向に回転する。
ステップＳ２０４では、逆転方向への回転制御処理を実施して、ロータ４２を逆転方向に回転駆動して、ステップＳ２０６に移行する。
この逆転方向への回転制御処理は、予め設定された逆転時の角度変位Δθｎ（Δθｎ＞Δθｐ）、第２回転角加速度αｓ及び第２回転角速度ωｓと、モータ回転角度センサ３から得られるモータ回転角度θと、このモータ回転角度θから演算したモータ回転角速度ω及びモータ回転角加速度αとに基づき実行される処理となる。
【００３２】
具体的に、制御演算装置５１は、上記正転時と同様に、現在のモータ回転角度θの位置から逆転方向に角度変位Δθｎだけ変位した位置（θ−Δθｎ）を目標位置θｓｐとして、この目標位置θｓｎまで、第２回転角速度ωｓで電動モータ２を回転駆動させるための指令値の演算を行う。このとき、現在のモータ回転角速度ωから第２回転角速度ωｓまで第２回転角加速度αｓで加速するように指令値を演算する。そして、演算した指令値をモータ駆動回路５２に入力する。
これにより、モータ駆動回路５２によって、電動モータ２に駆動電圧が印加され、電動モータ２が回転駆動し、駆動軸８に直接接続されたロータ４２が目標位置まで第２回転角速度ωｓで逆転方向に回転する。このとき、「Δθｎ＞Δθｐ」であるため、ロータ４２は、逆転運転の開始時の位置よりも逆転方向に「Δθ＝｜Δθｎ−Δθｐ｜」だけ回転した状態となる。そして、ステータ４１がエラストマー製の内周部を有することから、ロータ４２がステータ４１の内周部に対して逆転方向に押しつけられることによって、内周部を構成するエラストマーが弾性変形し正転方向への反発力が発生する。
【００３３】
ステップＳ２０６では、現在の変数ｉの値に１を加算した値を変数ｉに代入して、ステップＳ２０８に移行する。
ステップＳ２０８では、変数ｉの値が設定回数Ｘと一致したか否かを判定し、一致したと判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２１０に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２０２に移行する。
即ち、角度変位Δθｐの正転→角度変位Δθｎの逆転の往復運動の回数が、予め設定した設定回数Ｘとなるまで、ステップＳ２０２〜Ｓ２０８の処理を繰り返し行う。これによって、電動モータ２を振動運転して、ロータ４２とステータ４１との接触面の吸着を解放する。
ステップＳ２１０に移行した場合は、定常運転制御処理を実行して、一軸偏心ねじポンプ１を定常運転して、一連の処理を終了し元の処理に復帰する。
この定常運転制御処理は、振動運転の最後の逆転方向への回転後に引き続いて行われる処理であり、電動モータ２を、予め設定された第１回転角加速度αｓｒで予め設定された第１回転角速度ωｓｒまで正転方向に加速し、以降は第１回転角速度ωｓｒを維持したまま定速回転させる処理となる。
【００３４】
（動作）
以下、第１実施形態の一軸偏心ねじポンプ１の動作を説明する。
いま、ロータ４２とステータ４１との接触面が吸着している状態で一軸偏心ねじポンプ１が運転を停止しているとする。この状態で、オペレータが操作パネル６を介して起動操作を行いコントローラ５に起動指示が入力されると、コントローラ５において、起動運転制御処理が実行される。
即ち、制御演算装置５１は、定常運転フラグを「１」に設定し、正転時の角度変位Δθｐ、逆転時の角度変位Δθｎ、第２回転角加速度αｓ、第２回転角速度ωｓ及びモータ回転角度センサ３から得られるモータ回転角度θに基づき振動運転制御処理を実行する。
【００３５】
制御演算装置５１は、まず、正転方向の回転制御処理を実施して、ロータ４２を、現在の停止状態から第２回転角速度ωｓまで第２回転角加速度αｓで正転方向に加速すると共に、加速後は第２回転角速度ωｓを維持して正転方向に回転し、その後、逆転方向に第２回転角加速度αｓで減速して目標位置θｓｐ（θ＋Δθｐ）で停止させるための指令値を予め設定した制御周期で順次演算する。そして、演算した指令値を順次モータ駆動回路５２に出力する。
これにより、モータ駆動回路５２によって電動モータ２が駆動制御され、ロータ４２が、第２回転角加速度αｓで第２回転角速度ωｓまで加速しながら正転方向への回転を開始し、加速後は第２回転角速度ωｓを維持した状態で目標位置θｓｐに向けて正転方向に回転する。その後、目標位置θｓｐの手前で逆転方向に第２回転角加速度αｓで減速して目標位置θｓｐで停止する。
【００３６】
引き続き、制御演算装置５１は、逆転方向の回転制御処理を実施して、ロータ４２を、停止状態から第２回転角速度ωｓまで第２回転角加速度αｓで逆転方向に加速すると共に、加速後は第２回転角速度ωｓを維持して逆転方向に回転し、その後、正転方向に第２回転角加速度αｓで減速して目標位置θｓｎ（θｓｐ−Δθｎ）で停止させるための指令値を予め設定した制御周期で順次演算する。そして、演算した指令値を順次モータ駆動回路５２に出力する。
これにより、モータ駆動回路５２によって電動モータ２が駆動制御され、ロータ４２が、第２回転角加速度αｓで第２回転角速度ωｓまで加速しながら逆転方向への回転を開始し、加速後は第２回転角速度ωｓを維持した状態で目標位置θｓｎに向けて逆転方向に回転する。その後、目標位置θｓｎの手前で正転方向に第２回転角加速度αｓで減速して目標位置θｓｎで停止する。
【００３７】
上記した正転と逆転の回転制御処理を設定回数Ｘ回繰り返し行うことで一軸偏心ねじポンプ１を振動運転する。なお、振動運転時は、運転トルクがトルク制限値以下に制限されるため、トルク制限値の範囲内で振動運転が行われる。
また、「Δθｎ＞Δθｐ」の関係から、振動運転の終了時にロータ４２は、振動運転の開始位置から「Ｘ×（Δθｎ−Δθｐ）」だけ逆転方向に回転した状態となる。
この振動運転によって、ロータ４２とステータ４１との接触面の吸着を逆転方向に正逆運転が進む方向で剥がしつつ、吸着が剥がれたロータ４２とステータ４１との接触面に吸込み側１４の液が徐々に浸透することで吸着が解放される。
【００３８】
引き続き、制御演算装置５１は、振動運転の最後の逆転方向への回転運動後のタイミングで定常運転制御処理を実施して、ロータ４２を、現在の停止状態から第１回転角速度ωｓｒまで第１回転角加速度αｓｒで加速し、加速後は第１回転角速度ωｓｒで定速回転する定常運転を行うための指令値を予め設定した制御周期で順次演算する。そして、演算した指令値を順次モータ駆動回路５２に出力する。
これにより、モータ駆動回路５２によって電動モータ２が駆動制御され、ロータ４２が、第１回転角加速度αｓｒで第１回転角速度ωｓｒまで加速しながら正転方向への回転を開始し、加速後は第１回転角速度ωｓｒを維持した状態で正転方向に定速回転する。
このとき、定常運転起動時の加速段階において、ステータ４１の内周部の正転方向への反発力を利用することができるため定常運転を起動時の正転方向の運転トルクを小さくすることが可能となる。
この定常運転によって、ロータ４２が定速で回転し、ステータ４１がロータ４２の回転と同期してロータ４２の二分の一の回転数で従動回転することにより、圧送流体を吸込口１２から吐出口１６に向けて定量圧送する。
【００３９】
（第１実施形態の効果）
（１）第１実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１は、雌ねじ状の内面を有する回転可能に支持された筒形状のステータ４１と、ステータ４１に内挿された雄ねじ状の螺旋部を有するロータ４２とを備え、ロータ４２はその回転軸線がステータ４１の回転軸線に対して偏心するように配置され、ロータ４２の回転力でステータ４１をロータ４２の二分の一の回転数で追従回転させる一軸偏心ねじポンプであって、ロータ４２に回転力を付与する電動モータ２と、電動モータ２を駆動制御するコントローラ５と、を備える。
【００４０】
コントローラ５は、一軸偏心ねじポンプ１の起動時に、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるようにロータ４２を正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させる振動運転を行ってから、正転方向への定速運転である定常運転に移行するように電動モータ２を駆動制御する。
この構成であれば、ロータ４２を正逆回転させながら逆転方向に徐々に回転させてロータ４２とステータ４１の接触面の吸着を剥がしてから、定常運転（正回転）へと移行することが可能となる。
これにより、逆転方向に吸着部を剥がす範囲を徐々に拡大する振動運転によって正転方向への運転トルクの上昇を抑えつつ吸着状態を解放することが可能となり、定常運転を起動時の過大な運転トルクの発生を回避することが可能となる。
【００４１】
（２）上記コントローラ５は、振動運転の最後の逆転方向への回転運動後のタイミングで定常運転に移行するように電動モータ２を駆動制御する。
この構成であれば、逆転時にロータ４２がステータ４１に押し当てられることによって生じる正転方向への反発力によって、定速運転を起動時の正転方向のトルクを小さくすることが可能となる。
【００４２】
（３）上記コントローラ５は、電動モータ２の出力トルクである運転トルクが定格トルク値以下に制限されるように電動モータ２を駆動制御する。
この構成であれば、運転トルクが最も大きくなる振動運転において、運転トルクを定格トルク値以下に制限することが可能となるので、起動時の過大な運転トルクの発生をより確実に回避することが可能となる。
【００４３】
（４）上記ステータ４１は、内側にエラストマー製の内周部を有するステータ内筒４１ａと、ステータ内筒４１ａの外側に嵌め込まれる金属製のステータ外筒４１ｂとから構成されている。
この構成であれば、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるように前記ロータを正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させたときに、逆回転時にロータがエラストマー製の内筒に押し当てられることで内筒が弾性変形し、正回転方向の反発力を生じさせることが可能となる。
これによって、正転時の運転トルクの上昇をより抑えることが可能となり、特に振動運転の最後の逆転方向への回転運動後のタイミングで定常運転へと移行するときの運転トルクの上昇をより抑えることが可能となる。
【００４４】
（第１実施形態の実施例１）
以下、上記第１実施形態の一軸偏心ねじポンプ１を用いて、上記第１実施形態の起動運転制御処理を行った場合と行わなかった場合の起動時の運転トルクを比較した実施例１を説明する。
実施例１では、９０℃の温水運転を停止後に吐出側の液を排出した状態で１２時間経過した後に一軸偏心ねじポンプ１を再起動した。
上記起動運転制御処理を行わなかった場合の実施例では、一軸偏心ねじポンプ１を、角加速度２０π［ｒａｄ／ｓ２］で、回転速度４００［ｍｉｎ−１］≒角速度１３．３π［ｒａｄ／ｓ］まで正転方向に加速起動し、その後、角速度１３．３π［ｒａｄ／ｓ］の定速での定常運転に移行した。このときの運転トルクと回転速度の時間変化は、図５に示すようになった。
【００４５】
図５において、縦軸が運転トルク（％）及び回転数（ｍｉｎ−１）であり、横軸が時間（ｍｓ）であり、特性線ＳＬ１が運転トルク、特性線ＳＬ２が回転速度を示す。また、一軸偏心ねじポンプ１の許容トルクは１２［Ｎ・ｍ］であり、これを１００％とした（図５中の一点鎖線）。また、図５において、縦軸の符号は、マイナスが正回転方向、プラスが逆回転方向に対応する。
上記起動運転制御処理を行わなかった場合、図５の特性線ＳＬ１に示すように、吸着状態に逆らってロータ４２を一方向に回転させるため、運転トルクが最大で２３［Ｎ・ｍ］にもなり、許容トルクの１９４％にもなった。
【００４６】
このように、運転後に吐出側の液を抜いた状態から再起動する場合には、ロータ４２とステータ４１との接触面の乾燥により吸着が特に強く、一軸偏心ねじポンプ１の起動時に過大な起動トルクが発生し、場合によってはロータ４２の破断等に繋がる恐れがある。
一方、上記起動運転制御処理を行った場合の実施例では、一軸偏心ねじポンプ１を、角加速度４００π［ｒａｄ／ｓ２］で、回転速度６００［ｍｉｎ−１］＝角速度２０π［ｒａｄ／ｓ］まで加速することに加えて、正転方向の角度変位０．２π［ｒａｄ］に対して逆転方向の角度変位０．２４π［ｒａｄ］となるように、正転及び逆転を交互に繰り返す振動運転を行った（約０．７［ｓ］）。そして、振動運転の最後の逆転方向への回転運動後のタイミングで、角加速度４π［ｒａｄ／ｓ２］で、回転速度６００［ｍｉｎ−１］＝角速度２０π［ｒａｄ／ｓ］まで加速し、その後、角速度２０π［ｒａｄ／ｓ］の定速での定常運転に移行した。このときの運転トルクと回転速度の時間変化は、図６に示すようになった。
【００４７】
図６において、縦軸が電流（Ａｒｍｓ）及び回転速度（ｒｐｍ）であり、横軸が時間（ｍｓ）であり、特性線ＳＬ３が運転トルク（電流値）、特性線ＳＬ４が回転速度である。また、図６において、縦軸の符号は、マイナスが正回転方向、プラスが逆回転方向に対応する。
上記起動運転制御処理を行った場合、図６の特性線ＳＬ３に示すように、逆回転時の最大トルクが６．６［Ｎ・ｍ］（２．０［Ａｒｍｓ］）、正回転時の最大トルクが９．５［Ｎ・ｍ］（２．９［Ａｒｍｓ］）と、いずれも許容トルクである１２［Ｎ・ｍ］以下で吸着状態を解放し、定常運転へと移行することができた。なお、図６の実施例では、トルク制限がかかることなく許容トルク以下での起動となった。即ち、振動運転の時間（振動回数）を管理することで、許容トルク以下での起動は十分可能であり、トルク制限はあくまで保険的な機能となる。
【００４８】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１００は、図７に示すように、雌ねじ状の内面をもつ固定されたステータ１１２に雄ねじ状のロータ１０３が内装されている。ロータ１０３は、自在継手（ユニバーサルジョイント）１０６を介して駆動軸１０２に連結され、駆動軸１０２は、カップリング１０４を介して電動モータ１０１のシャフト１０１ａに連結されている。ステータ１１２は、内側にエラストマー製の内周部を有するステータ内筒１１２ａと、このステータ内筒１１２ａの外側に嵌め込まれる金属製のステータ外筒１１２ｂとから構成されている。そして、上記雌ねじ状の内面がこの内周部によって形成されている。
【００４９】
このような構成の一軸偏心ねじポンプ１００は、オペレータにより操作パネル６からの起動操作がなされると、上記第１実施形態の一軸偏心ねじポンプ１と同様に、コントローラ５の制御下で電動モータ１０１が駆動され、電動モータ１０１の回転力によって駆動軸１０２が回転する。この回転により、駆動軸１０２に接続された自在継手１０６が回転することでロータ１０３がステータ１１２の回転軸線を中心として偏心運動（公転運動）することにより、圧送流体を吸込口１１３から吸込み側１１５を介して吐出口１１４に向けて圧送するようになっている。
【００５０】
即ち、第２実施形態の一軸偏心ねじポンプ１００は、上記第１実施形態の一軸偏心ねじポンプ１に対して、ステータ１１２が固定されている点と、ロータ１０３が自在継手１０６を介して駆動軸１０２に接続されている点とで異なる。これら以外の構成については、基本的に上記第１実施形態の一軸偏心ねじポンプ１と同様の構成となる。
具体的に、コントローラ５で振動運転制御処理が実行されると、一軸偏心ねじポンプ１００の定常運転の起動前に、逆転方向に回転時のモータ回転角度変位が正転方向に回転時のモータ回転角度変位よりも微小量大きな所定角度変位となるように、ロータ１０３の正回転及び逆回転を交互に短時間で繰り返すように電動モータ１０１が駆動制御される。このとき、上記第１実施形態と同様に、設定回数Ｘ回の往復動を繰り返すと共に運転トルクがトルク制限値以下となるように電動モータ１０１が駆動制御される。
【００５１】
これにより、ロータ１０３とステータ１１２との接触面の吸着を逆転方向に正逆運転が進む方向で剥がしつつ、吸着が剥がれたロータ１０３とステータ１１２との接触面に吸込み側１１５の液が徐々に浸透することで吸着が解放される。
引き続き、振動運転のロータ１０３を最後に逆転方向に回転後のタイミングで、コントローラ５で定常運転制御処理が実行されると、ロータ１０３を第１回転角速度ωｓｒで正転方向に定速回転するように電動モータ１０１が駆動制御される。このとき、第１回転角速度ωｓｒまでは第１回転角加速度αｓｒで加速するように制御される。
これにより、定常運転起動時の加速段階において、ステータ１１２の内周部の正転方向への反発力を利用することができるため定常運転を起動時の正転方向の運転トルクを小さくすることが可能となる。
【００５２】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態は、上記第１実施形態の効果に加えて以下の効果を奏する。
（１）第２実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１００は、雌ねじ状の内面を有する固定された筒形状のステータ１１２と、ステータ１１２に内挿された雄ねじ状の螺旋部を有するロータ１０３とを備え、ロータ１０３はその回転軸線がステータ１１２の中心軸線に対して偏心するように配置された一軸偏心ねじポンプであって、ロータ１０３に回転力を付与する電動モータ１０１と、電動モータ１０１を駆動制御するコントローラ５と、を備える。
【００５３】
コントローラ５は、一軸偏心ねじポンプ１００の起動時に、正転時と逆転時とで逆転時の方が大きい角度変位となるようにロータ１０３を正転方向及び逆転方向に交互に繰り返し回転運動させる振動運転を行ってから、正転方向への定速運転である定常運転へと移行するように電動モータ１０１を駆動制御する。
この構成であれば、ロータ１０３を正逆回転させながら逆転方向に徐々に回転させてロータ１０３とステータ１１２の接触面の吸着を剥がしてから、定常運転（正回転）へと移行することが可能となる。
これにより、逆転方向に吸着部を剥がす範囲を徐々に拡大する振動運転によって正転方向への運転トルクの上昇を抑えつつ吸着状態を解放して定常運転へと移行することが可能となるので、起動時の過大な運転トルクの発生を回避することが可能となる。特に、ステータ１１２が固定されているため、上記第１実施形態の一軸偏心ねじポンプ１と比較して、ロータ１０３が逆回転時のステータ１１２の弾性変形が大きくなり、より大きな正転方向への反発力を発生することが可能となる。
【００５４】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ２００は、図８に示すように、上記第１実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１に対して、ステータ内筒４１ａに代えて、ステータ内筒４１ｅを備える点で異なりそれ以外の点で同様の構成となる。
以下、上記第１実施形態と同様の構成部については同じ符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分のみを詳細に説明する。
この一軸偏心ねじポンプ２００のステータ４１は、ステータ内筒４１ｅと、このステータ内筒４１ｅを軸方向の両側から挟み込むように形成された段付き形状の二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃとを有して構成されている。
ステータ内筒４１ｅは、雌ねじ状の内面が一定の肉厚にモールド形成されたエラストマー部４１ｇと、このエラストマー部４１ｇの外周面を覆って一体に形成された支持部４１ｈとを有し、上記雌ねじ状の内面がこのエラストマー部４１ｇの内周部によって構成されている。また、支持部４１ｈは、その両端に、径方向外側に向けて円環状に張り出したフランジ４１ｆを有し、エラストマー部４１ｇは、二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃの段付き形状に対向して前記フランジ４１ｆの軸方向両端面まで延設されている。
【００５５】
（第３実施形態の効果）
第３実施形態は、上記第１実施形態の効果に加えて以下の効果を奏する。
（１）第３実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ２００は、ステータ内筒４１ｅのエラストマー製の内周部であるエラストマー部４１ｇを、一定の肉厚に形成した。
この構成であれば、一軸偏心ねじポンプ２００を起動時のロータ４２からステータ４１への回転力を、エラストマー部４１ｇを介してその支持部によって確実に受け止めることが可能となる。これによって、起動時の振動運転においてロータ４２を逆回転時に、エラストマー部４１ｇからの正転方向への反発力をより確実に発生することが可能となる。
加えて、振動運転での駆動時に、弾性変形量にムラが生じにくく位相のずれが安定するため、ウエットな摺動箇所の拡大を容易に制御することが可能となる。これによって、振動運転によるウエットな摺動箇所の拡大効果を安定して発揮させることが可能となる。
なお、図示省略するが、上記第２実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１００に対して、ステータ内筒１１２ａに代えて、ステータ内筒４１ｅを採用した場合も、ロータ１０３の逆回転時に、エラストマー部４１ｇからの正転方向への反発力をより確実に発生して起動時の正転方向への運転トルクの上昇をより抑えることが可能となる。加えて、振動運転によるウエットな摺動箇所の拡大効果を安定して発揮させることが可能となる。
【００５６】
（変形例）
（１）上記各実施形態では、モータ回転角度θからモータ回転角速度ω、モータ回転角加速度αを演算する構成としたが、この構成に限らず、別途角速度センサ、角加速度センサを設けてこれらセンサによって検出する構成としてもよい。
（２）上記各実施形態では、指令値の補正によってトルク制限を行う構成としたが、この構成に限らず、例えば、クランプ回路等によってモータ印加電圧を直接クランプすることによってトルクを制限する構成とするなど他の構成としてもよい。
（３）上記各実施形態では、振動運転において、逆転方向への角度変位Δθｎを一定とする構成としたが、この構成に限らず、例えば、振動の往復回数ｎ回（ｎは１以上の自然数）毎にΔθｎを徐々に大きくする構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１，１００  一軸偏心ねじポンプ
２，１０１  電動モータ
３  モータ回転角度センサ
５  コントローラ
８，１０２  駆動軸
１２，１１３  吸込口
１４，１１５  吸込み側
１６，１１４  吐出口
４１，１１２  ステータ
４１ａ，１１２ａ，４１ｅ  ステータ内筒
４１ｂ，１１２ｂ  ステータ外筒
４１ｇ  エラストマー部
４２，１０３  ロータ
５１  制御演算装置
５２  モータ駆動回路
１０６  自在継手
【図１】
0006580972.tif 000002
【図２】
0006580972.tif 000003
【図３】
0006580972.tif 000004
【図４】
0006580972.tif 000005
【図５】
0006580972.tif 000006
【図６】
0006580972.tif 000007
【図７】
0006580972.tif 000008
【図８】
0006580972.tif 000009