(57)【要約】  【課題】  高温から低温までの幅広い温度域を有するまたは低粘度から高粘度までの液状物をスムーズに移送することができ、吐出性能が高く、長期にわたり安定して使用でき、構造が簡単で全体重量を軽減できる一軸偏心ねじポンプを提供する。  【解決手段】  開口断面長円形で長手方向に螺旋状に連続する雌ねじ孔７を有するステータ５を硬質樹脂材により形成し、このステータ５の雌ねじ孔７内に雄ねじ形ロータ３をわずかな隙間をあけて緩挿してなる一軸偏心ねじポンプ１であって、ステータ５の一端開口側にエンドスタッド１５を配置し、ステータ１５の他端開口側を接続するポンプケーシング１６の先端部とエンドスタッド１５とを複数本のステーボルト１９により連結して締め付けることにより、ステータ５をエンドスタッド１５とともにポンプケーシング１６に一体に連結している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口断面長円形で長手方向に螺旋状に連続する雌ねじ孔を有するステータを、硬質樹脂材により形成し、このステータの前記雌ねじ孔内に雄ねじ形ロータをわずかな隙間をあけて緩挿してなる一軸偏心ねじポンプであって、
前記ステータの一端開口側にエンドスタッドを配置し、ステータの他端開口側を接続するポンプケーシングの先端部と前記エンドスタッドとを複数本のねじ杆により連結して締め付けることにより、前記ステータを前記エンドスタッドとともにポンプケーシングに一体に連結したこと
を特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
【請求項２】
前記ステータを、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ樹脂のような高機能エンジニアリングプラスチックまたは同エンジニアリングプラスチックに少なくとも炭素繊維をコンパウンドした優れた摺動特性を付与した硬質樹脂で一体に形成した請求項１記載の一軸偏心ねじポンプ。
【請求項３】
前記ステータの雌ねじ孔内周面と前記ロータ外周面との隙間を、０．２ｍｍ以下にした請求項１または２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、液体移送用の一軸偏心ねじポンプにおける本体部分を雄ねじ形ロータとともに構成するステータで、詳しくは、開口断面長円形で長手方向に貫通する雌ねじ孔を有する硬質樹脂製ステータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一軸偏心ねじポンプ用ステータは、一般的にゴム製、樹脂製、金属製からなっている。ゴム製ステータおよび樹脂製ステータはいずれも金属製の外筒付きで、高温の液体を移送する場合などステータの温度上昇により、内径側へ膨張し、雌ねじ孔の口径が小さくなるという欠点がある。
【０００３】
一方、金属製ステータの場合、鋳造成形品はゴム製ステータと同様に金型の製作に日数とコストがかかり、また、機械加工品は丸棒状の金属材料から雌ねじ孔を放電加工や切削加工して形成されているが、その加工が複雑で困難なうえに、放電加工機や複合旋盤などの高価で特殊な加工機械を使用する必要があるため、機械の操作に熟練を要し、量産が難しく、高コストになっている。また、ステータの重量が非常に重くて取り扱いが不便なほか、とくに大型サイズのステータの製造が困難である。
【０００４】
その他の先行技術に、粉体移送用一軸ねじポンプのステータとして、熱可塑性プラスチックで形成し、このステータの一端部周囲に鍔部を設け、ステータを円筒状のホルダー内に鍔部とともに収容した構造のものが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１４８３４９号公報（段落番号００１０および図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記公報に記載のステータでは、次のような点で不都合がある。すなわち、粉体移送用の一軸偏心ねじポンプであり、液状物の移送が可能か不明である。また、ステータをプラスチックで形成する場合には、ゴムのような弾性性状をもたないために、ロータとの係合関係において両者間に隙間を開けることが必要であるが、プラスチックで成型する場合には一般的に内径（雌ねじ孔内周面）側の寸法精度が悪いので、ステータとロータ間の隙間を大きくする必要がある。このため、移送液の吐出性能が低く、液の粘性度が低くなればなるほど吐出性能が低下する。さらに、高温の液状物を移送する場合、樹脂製ステータは熱膨張率が高く、膨張しやすいうえに、ステータの温度が上昇して膨張する際に、外周面側にホルダー（通常は金属製）があってステータの外径側への熱膨張が拘束され邪魔されるために、内径側すなわち雌ねじ孔側に膨張し、変形が生じたりする。この結果、ロータの外周面が雌ねじ孔の内周面に接触し、ロータが高押圧力下で接触してロータおよびステータの両方が短期間で摩耗したり、ロータが円滑に回転しなかったり、主に樹脂製のステータが摩耗したり破損したりし、その摩耗部分や破損部分が移送液注に混入し、液変色の原因になるおそれがある。最悪な場合は、ステータの雌ねじ孔内表面が剥離。破損することがある。そこで、従来は移送液の温度に応じてステータ内径（膨張時）に比べて外径の小さいロータを選択して使用することにより、不具合を回避している。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、移送液の温度によってロータの外径を選択して使用することなく、高温から低温までの幅広い温度域を有し、かつ低粘度から高粘度までの液状物をスムーズに移送することができ、吐出性能が高く、長期にわたり安定して使用でき、構造が簡単で全体重量を軽減できる液体移送用の一軸偏心ねじポンプ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】
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明にかかる一軸偏心ねじポンプは、開口断面長円形で長手方向に螺旋状に連続する雌ねじ孔を有するステータを、硬質樹脂材により形成し、このステータの前記雌ねじ孔内に雄ねじ形ロータをわずかな隙間をあけて緩挿してなる一軸偏心ねじポンプであって、前記ステータの一端開口側にエンドスタッドを配置し、ステータの他端開口側を接続するポンプケーシングの先端部と前記エンドスタッドとを複数本のねじ杆（ステーボルト）により連結して締め付けることにより、前記ステータを前記エンドスタッドとともにポンプケーシングに一体に連結したことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成を有する一軸偏心ねじポンプによれば、硬質樹脂製ステータを備え、ねじ杆でポンプケーシングとエンドスタット間に一体に取り付けているので、構造が簡単で軽量化を図れる上に、ステータは外筒やホルダーなどのケーシングには収容せず、外周面を露呈した状態で取り付けできるので、例えば比較的温度の高い液状物や粘性液を移送する場合でも、ステータは外径側に膨張し、雌ねじ孔側に膨張や変形が起こることがない。このため、ロータとステータとの隙間が適正に保たれ、移送量がロータの回転数に比例する。
【０００９】
請求項２に記載のように、前記ステータを、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ樹脂のような高機能エンジニアリングプラスチックまたは同エンジニアリングプラスチックに少なくとも炭素繊維をコンパウンドした優れた摺動特性を付与した硬質樹脂で一体に形成することができる。
【００１０】
上記エンジニアリングプラスチックはいずれも熱可塑性プラスチックで、高強度、高剛性であり、耐薬品性および耐摩耗性に優れ、高温下でも特性が変化しにくいので、温度が高い各種溶液などの移送に好適であり、また材質的に高い寸法精度が確保されるので、ロータとステータとの隙間を小さく設定することにより、吐出性能を向上して水のような低粘性の液状物も移送できる。さらに高粘性液では５．０MPaの高圧力の下でも長期にわたり使用できる。
【００１１】
請求項３に記載のように、前記ステータの雌ねじ孔内周面と前記ロータ外周面との隙間を、０．２ｍｍ以下（例えば、０．０５ｍｍ)に設定することができる。
【００１２】
この構成により、例えばロータ外径２０ｍｍ、ステータ長さ２１０ｍｍの場合に、ロータ回転数４５０r.p.mで最大吐出圧力０．５MPaの水吐出性能が得られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる一軸偏心ねじポンプ用ステータは上記の構成からなるから、硬質樹脂製のステータを外周側を外筒やホルダーで覆うことなくポンプケーシングに組み込むことができる。このため、例えば高温の液状物を移送する場合でも、ステータが外径側に膨張し内径側には膨張しないので、ロータとの隙間が適正に保たれ、ステータとロータが短期間に摩耗したりステータ内側表面が剥離したり破損したりすることがない。したがって、ステータとロータとの隙間を小さく設定でき、吐出性能が向上するので、水のような低粘度の液体でも確実に移送できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一軸偏心ねじポンプについて実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１（ａ）は本発明の実施例にかかる一軸偏心ねじポンプを示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面である。
【００１６】
図２（ａ）は図１のステータを拡大して示す縦断面図、図２（ｂ）はステータとロータの関係を説明するための横断面図である。
【００１７】
図１に示すように、一軸偏心ねじポンプ１のポンプ本体部分２は、断面真円形の雄ねじ形ロータ３とこのロータ３の２倍のピッチをもつ開口断面長円形の雌ねじ孔７を備えたステータ５とから構成されており、図２に示すようにロータ３は雌ねじ孔７内でその中心軸線ｓを中心に距離ｅだけ偏心して回転する。ロータ３は雌ねじ孔７内で、一方向に自転しながら中心軸線ｓを中心とする自転と逆の方向へ公転し、雌ねじ孔７の任意位置における断面ではロータ３は自転しながら長円形口７ｂの直線部分７ｃ・７ｃでガイドされて長軸方向に往復移動する。
【００１８】
本実施例のステータ５は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を使用して射出成形により金型を用いて一体成形される。その他の製造方法として、ＰＰＳ樹脂などの円柱状硬質樹脂材から多軸制御の高精度工作機械を用いて機械加工することにより、製造することもできる。一方、ロータ３はＳＵＳ３１６等の軟鋼が一般的であるが、ＰＰＳ、ＰＥＥＫなどの硬くて剛性の高いエンジニアリングプラスチックあるいは同エンジニアリングプラスチックにガラス繊維を充填した汎用グレードをそのまま用いたステータ５に対しては短時間でロータ３の表面が摩耗し、ポンプ性能が大きく低下する。そこで本実施例では、ＰＰＳ樹脂ベースポリマーに少なくとも炭素繊維をコンパウンドして優れた摺動特性を付与した硬質樹脂であるＰＰＳ樹脂を使用している。この良摺動グレードをステータ５に使用することによって、ロータ３の摩耗を解消している。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、ロータ３はステンレス鋼などからなる金属製で、電動モータ１０の駆動軸１０ａにピンジョイント１１ａで接続される回転軸１１と、この回転軸１１の一端にユニバーサルジョイント１２を介して接続されるカップリングロッド１３とを備え、カップリングロッド１３の一端にユニバーサルジョイント１４を介してロータ３の一端が接続される。ロータ３の他端側のステータ５にはエンドスタット１５が装着され、吐出口あるいは吸込口になる。一方、ステータ５の反対端はポンプケーシング１６に接続され、ポンプケーシング１６の長手方向中間位置に吸込口あるいは吐出口となるフランジ付き開口部１６ａが上向きに突設されている。
【００２０】
回転軸１１は軸受ユニット１７内に軸受１７ａを介して回転自在に支持され、軸受ユニット１７のポンプケーシング１６側において回転軸１１の周囲にメカニカルシールなどの軸封部１８が装着されている。これらの構成は公知であるので、以下、本発明の特徴部分であるステータ５について詳しく説明する。
【００２１】
図１に示すステータ５は、上記したとおりＰＰＳにより一体成形されている。このステータ５は円筒体で、両端面の中央部に雌ねじ孔７の一部を構成する長円形口７ｂがそれぞれ開口されている。ポンプケーシング１６の先端開口部１６ｃ内に内向きの鍔部１６ｂが一体に形成されており、この鍔部１６ｂにステータ５の一端外周縁部を当接する。一方、ステータ５の反対端側外周縁部に、エンドスタッド１５の基端側開口枠部１５ｂを嵌合する。そして、ポンプケーシング１６の先端面四隅部のねじ孔１６ｄに、ねじ杆としてのステーボルト１９の一端ねじ部１９ａをそれぞれねじ込み、ねじ部に螺合させたナット２０により締め付けて固定する。４本のステーボルト１９の他端側ねじ部１９ｂは、エンドスタッド１５の基端面四隅部の貫通孔１５ａに貫通して貫通孔１５ａの反対側へ突出させ、ナット２１を螺合して締め付けることによってステータ５をエンドスタッド１５とポンプケーシング１６との間にエンドスタッド１５とともに一体に固定して取り付ける。
【００２２】
この構成により、樹脂製のステータ５をステータ５には取付のための加工を施すことなく、ホルダー等を用いずにエンドスタッド１５とポンプケーシング１６間に取り付けることができる。したがって、高温の液体を移送する際にステータ５のねじ孔７内に流してステータ５が熱膨張しても、ステータ５は外径側に膨張するが、内径側には膨張しない。また、ステータ５は露呈状態になるため、例えば透明な硬質ウレタン樹脂などの透明あるいは半透明の樹脂でステータ５を形成すれば、ねじ孔７内を移送される液体の移送状態を外部から観察することができる。
【００２３】
本実施例の場合、４本のステーボルト１９を用いているが、本数は２本以上であれば、例えば３本でも５本あるいは６本でもよい。また、ステーボルト１９に代えて板状の接続部材を使用することもできる。
【００２４】
以上に本発明の一軸偏心ねじポンプの実施例を説明したが、例えば、下記のように実施することができる。
【００２５】
1)  上記したポンプ本体部分２とその先端側のエンドスタッド１５以外の構造、つまりポンプケーシング１６内のカップリングロッド１３や前後のユニバーサルジョイント１２・１４、軸受ユニット１７などの構造については、あくまで一例であって他の部材を使用でき、適宜変更することができる。例えば、ポンプケーシング１６の開口部１６ａの位置や構造も変更できることは言うまでもない。
【００２６】
2)  ＰＰＳ樹脂の他、例えばＰＥＥＫのような高硬度で剛性の高いエンジニアリングプラスチックでステータを形成することで、図２（ｃ）に示すようにステータ５’の外周面両端部に雄ねじ５ｂ・５ｃをそれぞれ加工する。そして、各雄ねじ５ｂ・５ｃに対応する雌ねじをエンドスタッド１５の基端部内周面およびポンプケーシング１６の先端部内周面に形成し、ねじ込んで取り付けることもできる。この結果、ステーボルト１９を省くことができる。
【００２７】
3)  ＰＰＳ、ＰＥＥＫなどの硬くて剛性の高いエンジニアリングプラスチックの摺動特性をアップしていないグレードをそのまま用いたステータは、相手方の金属製ロータの金属、例えばＳＵＳ３１６等の軟鋼では外周面を摩耗させるという攻撃性がある。従来、ロータにはＳＵＳ３１６等の軟鋼が一般的に使用されているので、上記の実施例のような良摺動グレードのＰＰＳ樹脂製のステータ５に代えてＰＴＦＥ樹脂などの軟質樹脂を使用することでも、ロータの摩耗を防止できる。しかし、本発明のようにステータ５を単体で使用する、つまり金属製外筒内に収容せずに使用する場合には、軟質樹脂は剛性の点で劣ることから、適用できない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施例にかかる一軸偏心ねじポンプを示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１のステータを拡大して示す縦断面図、図２（ｂ）はステータとロータの関係を説明するための横断面図である。図２（ｃ）は本発明の他の実施例にかかるステータを示す、一部を断面で表した平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  一軸偏心ねじポンプ
２  ポンプ本体部分
３  雄ねじ形ロータ
５・５’ステータ
７  雌ねじ孔
７ａ雌ねじ孔部
７ｂ長円形口
１０  電動モータ
１０ａ駆動軸
１１  回転軸
１２・１４  ユニバーサルジョイント
１３  カップリングロッド
１５  エンドスタット
１６  ポンプケーシング
１６ａフランジ付き開口部
１７  軸受ユニット
１８  軸封部
１９  ステーボルト（ねじ杆）
２０・２１  ナット
【図１】
2005344587.tif 000003
【図２】
2005344587.tif 000004