(57)【要約】【課題】ベーンポンプのポンプ効率を高くすることができ、製作の容易なベーンポンプのロータの提供。【解決手段】ロータ１は、回転するロータ基部３の外周部に、ロータ回転軸心Ｃを中心とする放射状に複数の周突部４を配設し、ロータ回転方向に隣り合う周突部７，８間にベーン収容溝６を形成し、ポンプ室の一部を成すサイドプレートとクリアランスを有して対面する周突部４の対向面１２に、シール材収容溝１０をロータ周方向に沿って形成し、各周突部４のシール材収容溝１０に、サイドプレートと摺接するシール用条体１１を収容した構成にしてある。シール材収容溝１０の一部を、シール条体１１よりも大径の拡張空間部で構成してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するロータ基部の外周部に、ロータ回転軸心を中心とする放射状に複数の周突部を配設し、ロータ回転方向に隣り合う周突部間にベーン収容溝を形成し、ポンプ室の一部を成すサイドプレートとクリアランスを有して対面する周突部の対向面に、シール材収容溝をロータ周方向に沿って形成し、各周突部のシール材収容溝に、サイドプレートと摺接するシール用条体を収容したことを特徴とするベーンポンプのロータ。
【請求項２】
シール材収容溝の一部を、シール条体よりも大径の拡張空間部で構成して成る請求項１に記載のベーンポンプのロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高粘度液体などの流体移送に用いられるベーンポンプのロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のベーンポンプ用ロータのロータ本体は下記の特許文献１に開示されている。文献１開示のロータを図９に示す。図示のロータ５１は、円筒状のロータ基部３と、ロータ基部３の外周部にロータ回転軸心Ｃを中心として放射状に配設された６つの周突部４，４，４，４，４，４とから構成されている。各周突部４の外周面には、ロータ回転方向（矢印Ｒ方向）前側端部に設けた突条部７と、ロータ回転方向後側端部に設けた突条部８とがロータ径方向外向きに突設されている。ロータ回転方向に隣り合う先行の周突部４の突条部８と後行の周突部４の突条部７との間には、ベーンを収容するベーン収容溝６が形成されている。これら周突部４のロータ回転軸心方向の両端面は、ベーンポンプのサイドプレート（図示省略）と対面する対向面５２になっている。各対向面５２とサイドプレートとは０．１ｍｍ程度のクリアランス（隙間）を隔てて配設されている。図中の符号５はベーンポンプのロータ軸を挿通するための軸穴であり、１３はガイドリングを収容するためのリング収容凹部である。
斯かるロータ５１を用いるベーンポンプでは、対向面５２とサイドプレートとのクリアランスが比較的狭いので、通常は、ロータの回転数を徐々に上げながら金属（例えば、ステンレス鋼）同士であるサイドプレートとロータを接触させて馴染ませる、いわゆるゴーリング処理が実用運転に先立って実施されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３９８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記従来のロータ５１を備えたベーンポンプにおいては、サイドプレートとロータ５１の対向面５２との間に、狭いとはいえクリアランスが存在する。そのために、高圧側のポンプ室内の被移送流体がサイドプレートと対向面５２との隙間からロータ半径方向内向きにリークすることは避けられず、ポンプ効率が低くなるという問題がある。そして、前記のような被移送流体のリークを考慮すると、サイドプレートと対向面５２との間のクリアランスを小さくせざるを得ないので、高い寸法精度でロータを製作しなければならず、製作に多大な手間とコストがかかっていた。また、好ましい寸法精度で製作されたロータであっても、実用運転に先立つゴーリング処理は必要となる。そのために、ゴーリング処理の際に生じた金属研磨粉を洗い出す作業に手間と時間がかかるという問題もあった。
【０００５】
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、ベーンポンプのポンプ効率を高くすることができ、製作の容易なベーンポンプのロータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るベーンポンプのロータは、回転するロータ基部の外周部に、ロータ回転軸心を中心とする放射状に複数の周突部を配設し、ロータ回転方向に隣り合う周突部間にベーン収容溝を形成し、ポンプ室の一部を成すサイドプレートとクリアランスを有して対面する周突部の対向面に、シール材収容溝をロータ周方向に沿って形成し、各周突部のシール材収容溝に、サイドプレートと摺接するシール用条体を収容した構成にしてある。
【０００７】
また、前記構成において、シール材収容溝の一部を、シール条体よりも大径の拡張空間部で構成して成るものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るロータによれば、ベーンポンプのサイドプレートとロータの対向面との間にシール用条体が介在しているので、高圧側のポンプ室内の被移送流体がサイドプレートとロータ対向面との隙間からロータ半径方向内向きにリークすることを防止できる。これにより、ポンプ効率の高いベーンポンプが提供される。また、シール用条体の介在により、サイドプレートとロータ対向面との間のクリアランスを、シール用条体を持たない従来のロータと比べて大きくすることができる。これにより、ロータの周突部とサイドプレートとの金属接触による異常磨耗を防止でき、ロータの製作にかかる手間とコストを低減化できる。そして、サイドプレートとロータの馴染み運転も不要になる。
【０００９】
また、シール条体よりも大径の拡張空間部でシール材収容溝の一部を構成したものでは、運転時の高温によりシール条体に伸びが生じても、伸びたシール条体は拡張空間部に入り込んで伸びが吸収される。従って、シール条体がロータ回転方向に伸びてシール材収容溝からベーン収容溝へ突出することを防止できる。その結果、ベーンなどの移動を妨げたりしない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の最良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一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。ここに、図１は本発明の一実施形態に係るベーンポンプのロータを示す正面図、図２は前記ロータのロータ本体を示す斜視図、図３は前記ロータの図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
各図において、本実施形態のロータ１は、ロータ本体２と、６個のシール用条体１１，１１，１１，１１，１１，１１とから構成されている。ロータ本体２は、円筒状のロータ基部３と、ロータ基部３の外周部にロータ回転軸心Ｃを中心として放射状に配設された６つの周突部４，４，４，４，４，４とから構成されている。各周突部４の外周面には、ロータ回転方向（図１、図４の矢印Ｒ方向）前側端部に設けた突条部７と、ロータ回転方向後側端部に設けた突条部８とがロータ半径方向外向きに突設されている。ロータ回転方向に隣り合う先行の周突部４の突条部８と後行の周突部４の突条部７との間には、後述のベーンを収容するベーン収容溝６が形成されている。すなわち、このロータ本体２では、６つのベーン収容溝６，６，６，６，６，６がロータ本体２のロータ回転軸心Ｃを中心とした放射状に形成されている。
【００１１】
各ベーン収容溝６は突条部７，８の先端に開口し、その奥底部はロータ基部３の近傍まで形成されている。そして、各ベーン収容溝６は周突部４におけるロータ回転軸心Ｃ方向の全域にわたって形成されており、周突部４のロータ回転軸心方向の両端面にも開口している。これら周突部４のロータ回転軸心方向の両端面は、後述するようにベーンポンプのポンプ室の一部を成すサイドプレート２８，２９とクリアランスＧ，Ｇを有して対面する対向面１２，１２となっている（図３参照）。
【００１２】
各対向面１２にはロータ回転軸心方向に凹むシール材収容溝１０がロータ周方向に全体にわたって形成されており、各シール材収容溝１０はロータ回転方向に隣り合うベーン収容溝６，６の両方に開口している。これらのシール材収容溝１０にはシール用条体１１が収容される。そして、シール用条体１１はその外径がシール材収容溝１０の開口幅よりも大きなものが採用されている。すなわち、シール用条体１１は、シール材収容溝１０に圧入されたときに弾性変形し対向面１２からロータ回転軸心Ｃ方向に適当量はみ出してサイドプレート２８，２９の内面と摺動自在に摺接するようになっている。シール用条体１１の構成材料は、汎用ポンプのＯ−リングなどに用いる材料であれば特に限定されず、用途に応じて適宜のもの、例えばテフロン（登録商標）ゴム、ＮＢＲ、ＳＢＲなどを選定することができる。
【００１３】
上記した両側の対向面１２，１２間の厚さＮは、例えば３９．６ｍｍである。サイドプレート２８，２９間の間隔Ｍは、例えば４０ｍｍである。従って、サイドプレート２８またはサイドプレート２９の内面と一方の対向面１２との間のクリアランスＧは０．２ｍｍである。また、溝断面がほぼ正方形に形成されたシール材収容溝１０の奥行き（ロータ軸心方向）は、例えば２．８ｍｍである。但し、本発明が上記した諸々の寸法に限定されないことは言うまでもない。
【００１４】
上記したようにシール材収容溝１０はロータ周方向、すなわちロータ回転軸心Ｃを中心とする円に沿って形成されている。従って、シール用条体１１を、各シール材収容溝１０，１０，１０，１０，１０，１０に沿う仮想円とほぼ同じ直径のＯ−リングを原料として製作すると、シール材収容溝１０へ装着が容易になる。すなわち、前記のＯ−リングを全てのシール材収容溝１０，１０，１０，１０，１０，１０に架け渡して装入したのち、ベーン収容溝６，６，６，６，６，６の位置において露出した部分のＯ−リングを切り取ることにより、全てのシール材収容溝１０，１０，１０，１０，１０，１０内に残ったＯ−リングをシール用条体１１として用いることができる。このようにすると、各シール材収容溝１０にシール用条体１１を容易に且つ確実に装着することができ、装着後のシール用条体１１はシール材収容溝１０と曲率が一致していることからシール材収容溝１０内で不要な応力を受けることなく安定して収容されている。
【００１５】
因みに、原形が直線状のシール用条体１１を用いる場合は、曲がっているシール材収容溝１０内で変形歪みを受けやすくなる。シール材収容溝１０と同じ曲率で曲成された短尺のシール用条体１１を用いる場合は、シール材収容溝１０の曲がり方向にシール用条体１１の曲がり方向を合わせた状態に装着しなければならないが、弾力性に富むシール用条体１１をシール材収容溝１０の曲がりに合わせて装着することは容易でない。
【００１６】
ロータ基部３の軸心部には、後述するベーンポンプのロータ軸を挿通するための軸穴５が貫通形成されている。また、ロータ基部３の軸方向の両端面には後述するガイドリング３６を収容するための円形のリング収容凹部１３がそれぞれ形成されている。そして、一方のリング収容凹部１３の底部中央には後述するロータ押え板３４を収容する正面視で円形の凹部９が形成されている。上記したロータ本体２は、汎用のベーンポンプに用いられる比較的硬質のＳＵＳ３０４、３０８、３１６、３１６Ｌ、ハステロイ、鋳鉄、真ちゅうなどを構成材料として一体に成形されている。
【００１７】
上記のロータ１を用いたベーンポンプを図４および図５に示す。このベーンポンプＡは、基台部２１と、この基台部２１に取り付けられたポートブロック２２と、このポートブロック２２を介して基台部２１に支持されたポンプケーシング２７と、基台部２１に回転自在に枢支されポートブロック２２を貫通してポンプケーシング２７内に延在するロータ軸２４とを備えている。
【００１８】
また、ポンプケーシング２７は、ポートブロック２２への取付用フランジを有する円筒状のケーシング本体２５と、ケーシング本体２５内に嵌め込まれる円筒状のスリーブ２６と、スリーブ２６の両端開口を封止してスリーブ２６内にポンプ室３７を形成する一対のサイドプレート２８，２９とから構成されている。スリーブ２６は例えばセラミックやステンレス鋼といった耐蝕性に優れた材料で形成されている。また、ポートブロック２２側のサイドプレート２８には、周方向に１８０度変位した位置に吸入ポート３０と吐出ポート３１が形成されている。ポートブロック２２の側面には吸入ポート３０と連通する吸入管３２が接続され、ポートブロック２２の上面には吐出ポート３１と連通する吐出管３３が接続されている。これらのサイドプレート２８，２９はロータ本体２の構成材料と同じ材料で構成されている。但し、必ずしもロータ本体２と同じ構成材料でサイドプレート２８，２９を構成しなくてよい。
【００１９】
ロータ軸２４は、その軸心がロータ回転軸心Ｃと一致しており、ケーシング本体２５およびスリーブ２６の筒心Ｄ（図４）から偏心させた位置に枢支されている。基台部２１の後方に突出させたロータ軸２４の一端部には、図示せぬモータが連結される。また、ポンプケーシング２７内へ装入されたロータ軸２４の他端部は、ロータ１の軸穴５に挿入されてキーなどで回り止め係止される。そして、ロータ１の凹部９に嵌め込まれたロータ押え板３４がボルト３５でロータ軸２４の他端面に螺止されて、ロータ１がロータ軸２４に固定される。そして、ロータ１の一対のリング収容凹部１３，１３にガイドリング３６，３６が嵌め込まれる。また、ロータ１の各ベーン収容溝６には、それぞれベーン２３が半径方向摺動自在に収容される。ベーン２３の構成材料は、汎用のベーンポンプのベーンとして用いられるものであれば特に限定されないが、例えばポリテトラフルオロエチレン（いわゆるテフロン（登録商標））などが挙げられる。各ベーン２３は、ガイドリング３６，３６の作用により各ベーン収容溝６から押し出されるようになっている。
【００２０】
上記のように構成されたベーンポンプＡのロータ１の作用を次に説明する。モータ駆動によりロータ軸２４が起動すると、ロータ１は矢印Ｒで示す向きに回転する。すると、ガイドリング３６，３６の作用によって、各ベーン２３が半径方向外向きに押し出されて、各ベーン２３の先端部がポンプケーシング２７のスリーブ２６の内周面と接して回転摺動する。これにより、被移送流体は吸入管３２および吸入ポート３０を経てポンプ室３７内のベーン２３，２３間に吸い込まれる。吸い込まれた被移送流体はポンプ室３７内を周方向に移動して加圧され吐出ポート３１および吐出管３３から外部へ吐出される。
【００２１】
上記したように動作するロータ１を備えたベーンポンプＡでは、サイドプレート２８，２９の内面とロータ本体２の対向面１２，１２との間にシール用条体１１が介在しているので、高圧側のポンプ室３７の被移送流体がサイドプレート２８，２９と対向面１２，１２の隙間からロータ半径方向内向きにリークすることを防止できる。これにより、ベーンポンプＡは、従来のロータ５１を備えたベーンポンプと比べて、同じロータ回転数での吸入側の真空度が上がって被移送流体をよく吸うこととなる。また、同じロータ回転数での吐出圧が高くなって揚程が上がる。これらより、多量の被移送流体を移送することができる。すなわち、このベーンポンプＡはポンプ効率が高く、低いロータ回転数で所要の吐出圧および吐出量を得ることができる。従って、電力料、修理頻度、部品交換頻度などを大幅に低減化できる。
【００２２】
ここで、本実施形態のロータ１を備えるベーンポンプＡの吐出量と吐出圧力との関係を図６のグラフに示す。このグラフにおいて、本実施形態のベーンポンプＡの性能は実線で表され、従来のロータ５１（図９参照）を備えるベーンポンプの性能は一点鎖線で表される。これらの性能線図は、被移送流体として清水を用いて得られたものである。図６のグラフから明らかなように、このベーンポンプＡによれば、低いロータ回転数で所要の吐出圧および吐出量が得られている。例えば、被移送流体の吐出量が２０Ｌ／分で吐出圧力が０．３ＭＰａの性能（グラフ中に点Ｐで示す位置）を得ようとする場合、従来のベーンポンプであればロータ回転数を６００ｒｐｍ強にしなければならないが、本実施形態のベーンポンプＡであればロータ回転数が５００ｒｐｍ強で済み、ランニングコストを低減化して省エネルギー化を図ることができる。あるいは、従来ポンプよりも１ランク能力の低いベーンポンプを選定できるので、初期投資を低く抑えることが可能となる。尚、高粘性液（動粘度＝４００ｍＰａ・ｓ程度）を用いても清水と同様の傾向を示しており、図６のグラフ中において実線および一点鎖線の右下がりの傾斜がいずれも清水の場合と比べて小さくなる。
【００２３】
また、シール用条体１１の介在により、サイドプレート２８，２９と対向面１２，１２との間のクリアランスＧを、従来のロータ５１を用いた場合のクリアランスと比べて約２倍の０．２ｍｍ程度に大きくすることができた。これにより、両側のサイドプレート２８，２９とロータ本体２の金属接触による異常磨耗を防止することができる。また、高い寸法精度を目標とするロータの製作を要求されないので、ロータ本体の製作にかかる手間とコストを低減化できる。また、シール用条体１１が磨耗した場合でもクリアランスＧが０．２ｍｍであるので、ロータ本体２とサイドプレート２８，２９は接触しない。そして、サイドプレート２８，２９とロータ本体２を馴染ませる試運転時のゴーリング処理も不要になる。
【００２４】
一般に、ロータ軸２４はポンプ室３７内で圧縮力を受けるので或る程度は曲がる。しかしながら、本実施形態ではシール用条体１１が緩衝材となるので、ロータ軸２４が曲がりにくくなり、サイドプレート２８，２９に対するロータ軸２４の傾きが小さくなる。これによって、基台部２１においてロータ軸２４に取り付けられているメカニカルシール（図示省略）の寿命を延ばすことができ、長期間にわたって安定した運転を行なうことが可能となる。
【００２５】
尚、上記の実施形態では、ロータ本体２の対向面１２に、正面から見て全体にわたり同じ開口幅（ロータ半径方向）のシール材収容溝１０を形成した例を示したが、本発明はそれに限定されるものでなく、例えば図７に示すように、シール材収容溝１０の一部を、シール条体１１よりも大径の拡張空間部１４で構成して成るロータ本体２ａも含んでいる。このシール材収容溝１０の拡張空間部１４は、大部分のシール材収容溝１０に対しロータ半径方向外向きおよび内向きの双方向に拡張した空間として形成されている。
【００２６】
ところで、食品などを移送するベーンポンプでは、８０〜９５℃に加熱した３ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液を移送させることによりベーンポンプを分解することなくポンプ内部を洗浄する、いわゆる定置洗浄（ＣＩＰ洗浄）が実施されることがある。斯かるＣＩＰ洗浄時には、高温によりシール用条体１１がロータ回転方向に伸びてシール材収容溝１０からベーン収容溝６，６内へ突出することがある。このようにベーン収容溝６，６内へ突出したシール用条体１１は６や３６の移動を阻害し、これらに異常磨耗を生じさせることがある。
【００２７】
しかしながら、前記のロータ本体２ａでは、高温によりシール条体１１に伸びが生じても、伸びたシール条体１１は湾曲し拡張空間部１４に入り込んで伸びが吸収される。従って、シール条体１１がシール材収容溝１０からベーン収容溝６へ突出することを防ぐことができる。これにより、ベーン２３やガイドリング３６の運動の妨げを防止できる。尚、本発明に係る拡張空間部としては、大部分のシール材収容溝に対しロータ半径方向外向きまたは内向きのいずれか一方に拡張した空間を有するものや、ロータ軸心方向に拡張した空間を有するものであってもよい。
【００２８】
また、本発明のロータは、図８に示すようなロータ本体２ｂ，２ｃ，２ｄも含んでいる。同図（ａ）に示すロータ本体２ｂはガイドリング３６（図４参照）を使用しない型式のものであり、リング収容凹部１３が対向面１２ａに形成されていない６つの周突部４ａを備えている。同図（ｂ）に示すロータ本体２ｃの６つの周突部４ｂは、ガイドリング３６用のリング収容凹部１３が形成されているが、周突部４ｂの外周に突条部７，８を備えていない。同図（ｃ）に示すロータ本体２ｄの６つの周突部４ｃは、リング収容凹部１３が形成されていない対向面１２ａを有しているが、周突部４ｂの外周に突条部７，８を備えていない。斯かるロータ本体２ｂ，２ｃ，２ｄであっても、前記したロータ本体２，２ａと同様に、高圧側のポンプ室３７内の被移送流体がサイドプレートと対向面１２，１２ａの間からリークすることを防止してポンプ効率の高いベーンポンプを提供することができる。
【００２９】
また、上記の各実施形態では、周突部およびベーン収容溝を６個設けた例を示したが、本発明の周突部およびベーン収容溝は複数であれば個数を問うものでない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係るベーンポンプのロータを示す正面図である。
【図２】前記ロータのロータ本体を示す斜視図である。
【図３】前記ロータの図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】前記ロータを組み込んだベーンポンプの内部を示す正面図である。
【図５】前記ロータを備えたベーンポンプの分解斜視図である。
【図６】前記ベーンポンプの性能曲線を表わしたグラフである。
【図７】本発明の別の実施形態に係るロータ本体を示す部分正面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る３例のロータ本体を示す正面図である。
【図９】従来のベーンポンプのロータを示す正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ    ベーンポンプ
１    ロータ
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  ロータ本体
３    ロータ基部
４，４ａ，４ｂ，４ｃ  周突部
６    ベーン収容溝
１０  シール材収容溝
１１  シール用条体
１２，１２ａ  対向面
１４  拡張空間部
２３  ベーン
２７  ポンプ室
２８，２９  サイドプレート
３７  ポンプ室
Ｃ    ロータ回転軸心
Ｇ    クリアランス
Ｒ    矢印
【図１】
2008128179.tif 000003
【図２】
2008128179.tif 000004
【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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【図９】
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