JP4734423B2 - タンク用クリーニングヘッドの駆動システム - Google Patents

Description

本願発明は、タンク内の回転式クリーニングヘッドの駆動システムに関するものである。

タンク内の回転式クリーニングヘッドの駆動システムは、高圧下で供給される洗浄液の流路内にプロペラを設置したハウジングと、プロペラによって駆動されるギアとを具備し、プロペラにより発生した回転はカップリング部を有するマグネットカップリングを経て ギアに伝達され、前記ギアはハウジング内の洗浄液から隔離された位置に設置され、プロ ペラによって発生した回転を減速してタンク内のクリーニングヘッドに伝達し、カップリング部の一方はハウジングの流路内に、他方はハウジング外にそれぞれ設置され、それら カップリング部は互いに平行に配置された円盤から構成されている。

流路の外部に設置されているギアから、流路内に延長されている駆動プロペラシャフトを分離する漏洩防止手段が知られている。これはガスケットやスタッフィングボックス等の機構で実現可能とされているが、これらは常に確実に機能しているわけではなく、具体的には磨耗、漏洩や劣化が発生する。

これらの状況を改善するために、磁気的な駆動システムを介してトルクを伝達することで、流路とハウジングの外部を隔壁により完全に遮断する方法が知られており、プロペラにより駆動される磁石部は流路内に設置され、ハウジングの外部に設置されている磁石部はギアに連結されている。従って、カップリング部は、トルク及び回転を磁気的に伝達するために一対に対向して設けられている。

タンクのクリーニングシステムのための前述のような駆動システムは、ジンベックによるヨーロッパ特許である特許文献１に公開されており、その図２に示されるように、流路内に設置されたプロペラは円盤状の磁石部を駆動し、前記磁石部は流路内に設置され、流路の外部の円盤状の磁石部と磁気的に結合してマグネットカップリングを形成している。特許文献１の請求項２によると、両方の磁石部は永久磁石により構成されている。さらに、磁石部は平行な円盤状の構造の他にも、一方の磁石が他方の磁石の内側に配置されることも可能となっている。しかしながら、コンパクト駆動システムにおいて、互いに作用を及ぼすように磁石を配置することが可能であることに関しては言及されていない。

速度調節は、プロペラと流路の壁との距離や、プロペラの位置を移動させるために、カウンターナットを手動で調節することで行われ、これによりプロペラの回転速度を変更することを可能としている。

シャーマンによる特許文献２には、他のクリーニングシステムが記載されている。カップリングは平行な円盤状の磁石で構成されている。このシステムは特許文献１と同様の問題を有している。

オリンパスによる他のヨーロッパ特許である特許文献３には、例えば内視鏡等の手術器具の洗浄を行うための洗浄機に関する発明が開示されている。前記洗浄機は回転可能に設置された洗浄ノズルを具備しており、前記洗浄ノズルは洗浄機の外部に設置されたモータにより駆動され、前記モータの回転力はマグネットカップリングを経て回転式洗浄ノズルに伝達されている。前記洗浄機はギア機構を有しておらず、その回転速度は調節することができない。

特許文献３は平行な円盤状の磁石部と同様に円筒形状のものに関しても言及しており、同軸上に磁石部を設置することにも言及している。前記磁石部は永久磁石により構成されているが、電磁石でもまた構成することが可能であるとしている。それほど大きくないトルクは、洗浄機の回転を始動させるために伝達されなければならず、ノズルの反力は洗浄機の回転式洗浄ノズルの回転に影響する。
欧州特許第０７２３９０９Ａ１号明細書 米国特許第５６４０９８３Ａ号明細書 欧州特許第００８４３４２Ａ２号明細書

しかしながら、特に始動時における比較的大きな起動トルク及び磁石部の回転時における高速回転のために、タンク内のクリーニングヘッドに使用する永久磁石によるマグネットカップリングを実際に作成することは困難である。

これらの状況は、駆動部が磁気的に連結せず、トルクを伝達することが不可能となる結果をもたらす可能性がある。これは、起動トルクがカップリング（軸継ぎ手）の最大トルクを超える際に生じる。

磁力は遮断され、極めて小さなトルクを伝えるのみであるため、カップリングはガタガタと振動するような状態で滑る。正確にはカップリングが同時に動作することが駆動の条件であるため、永久磁石で構成されるこのタイプのカップリングは同様の理由で同期型軸継ぎ手と呼ばれている。言い換えれば、このシステムが起動する際に必要となる始動トルクよりもかなり大きな最大トルクを有しているカップリングが必要ということである。同期型軸継ぎ手のトルクは最大でも１０００Ｎｍであることが知られている。

付け加えるならば、マグネットカップリングは容易に可変トルクや可変スピードを伝達するように構成することはできない。

また従来の永久磁石によるマグネットカップリングより優れたマグネットカップリングは、義雄による特許文献（特開平２−２９９４５７号公報）に記載のヒステリシス磁石によるものである。

このヒステリシスカップリングは２つの平行な円盤で構成されている。しかしながら、マグネットカップリングはタンク用クリーニングヘッドの駆動システムに組み込まれなければならないため、コンパクトでさらに効率的であることを必要としている。

本発明は上記の問題点を解決する駆動システムを提供することを目的とする。

上記の問題を解決するための本願発明に係るタンク用クリーニングヘッドの駆動システムは、圧力が付加された洗浄液が供給される流路（４）内に設置されたプロペラ（７）を 有するハウジング（２）と、前記プロペラ（７）により駆動され、前記ハウジング（２） 内の洗浄液から隔離して設置されたギアとを備え、前記プロペラ（７）に発生する回転を カップリング部を有するマグネットカップリングを通じて前記ギアに伝達し、該ギアはタ ンク（１）内のクリーニングヘッドに前記回転を減速して伝達すると共に、前記カップリ ング部を、一方が前記ハウジング（２）の流路（４）内に、他方が前記ハウジング（２） の外部に、それぞれ設置された互いに平行な円盤から構成したタンク用クリーニングヘッドの駆動システムにおいて、前記プロペラ（７）から前記ギアへの回転の伝達を、前記ハ ウジング（２）内のプロペラ（７）によって回転される磁気誘導部（９）又は強磁性物質 からなるヒステリシス部が、該ハウジング（２）外に設置されたヒステリシスカップリン グの第２の回転部分であって前記ギアの入力シャフト（１２）に接続されたヒステリシス 部又は磁気誘導部（９）をそれぞれ駆動するヒステリシスカップリングを通じて行うよう にすると共に、前記ハウジング（２）外に設置されたカップリング部であるヒステリシス 部又は磁気誘導部（９）を、前記ギアの入力シャフト（１２）の軸方向に沿って移動して 、該ハウジング（２）内に設置された協働するカップリング部である磁気誘導部（９）又 はヒステリシス部との間の距離を変化させることで、前記ヒステリシスカップリングによ って伝達されるトルク及び／又は速度を変化可能にしたことを特徴とする。

上記のタンク用クリーニングヘッドの駆動システムにおいては、前記ヒステリシス部が 前記ハウジング（２）外に設置され、前記磁気誘導部（９）が該ハウジング（２）内に設 置されることが望ましい。

あるいは、前記磁気誘導部（９）が前記ハウジング（２）外に設置され、前記ヒステリ シス部が該ハウジング（２）内に設置されることが望ましい。

前記磁気誘導部（９）は、必要な磁場と極性を発生させるための複数の永久磁石（８） 又は電磁石を具備することが望ましい。

前記ギアの回転を、第２の前記ヒステリシスカップリングを通じて前記クリーニングヘ ッドを駆動する出力シャフト（１５）に伝達することが望ましい。

前記ヒステリシスカップリングは、タンク用クリーニングヘッドの起動時における回転動作の、確実なトルクの伝達を保証する新規な可能性を提供する。その可能性は、起動時において駆動部と駆動される磁石部の間の、回転速度があまりにも異なるのにもかかわらず見出され、ヒステリシスカップリングは、駆動される磁石部及び速度条件のあるギアを加速させるための十分に大きなトルクを提供することが可能であり、正確に言えば、それは起動トルクより十分に大きなトルクを伝達することが可能ということである。

ヒステリシスカップリングの優れた特性は、例えばカップリングの間の相対速度に関係なく、ほぼ一定のトルクを伝達する能力であり、連続的又は変則的な滑りを伴っていても作動する能力であり、滑りを「緩やか」にし、構造的な悪影響を抑制する機能を有することである。

ハウジングの外部に配置されたカップリング部が、軸方向に移動するように構成するこ とにより、効率的なトルクの調整が可能となる。

つまり、カップリング部間のギャップの大きさを変化させることができるので、ギャッ プ中のエネルギー量とカップリング部間の磁力とを調整することが可能となり、それによ りカップリングはトルク及び／又は速度の伝達を調整することができるのである。

磁気誘導部とヒステリシス部の相互の位置は、一方はギア内の「乾いた」場所に、他方はハウジング内の流路内部に、それぞれ状況に従い自由に選択可能となっている。

このヒステリシスカップリングは、この種のクリーニング装置の継手に使用するのに望ましい、例えばステンレス等の非磁性体材料であるハウジング内で使用される。

この駆動システムはメンテナンスフリーであり、あらゆる形態の点検が必要でない。

請求項２及び３の記載によれば、ヒステリシス部及び磁気誘導部（９）のいずれか一方 をハウジング（２）外に設置し、他方をハウジング（２）内に設置することができる。

請求項４及び５の記載によれば、磁場は永久磁石又は電磁石により形成され、望まれる磁力の特性は実現され、より遠くまで電磁石は影響を及ぼし、磁場の強さを制御することも可能である。

最後に請求項６の記載によれば、流路とギアの間は、磁石又はヒステリシスカップリングを経てクリーニングヘッドに伝達することで、ギアの回転の伝達を実現している。

本発明の最適な実施例を、図面を参照しながら以下により詳しく開示する。

図１、２、３に示すそれぞれの実施例を以下に説明する。

ヒステリシスカップリング以外の部分である洗浄装置の駆動部は一例である。即ち、ハ ウジング（２）は、圧力を付加された洗浄液の流入口３を有しており、その洗浄液の流れがプロペラ７を通過することで、１分間で数千回の回転を発生させる。プロペラ７の回転はシャフト６を経てハウジング２内の磁石部分８、９に伝達される。

洗浄液の流れは、洗浄液が図示しないパイプを経てクリーニングヘッドに搬送されるための流路４を搬送され、タンク１に供給される。

クリーニングヘッドは出力シャフト１５により回転され、その回転は洗浄液を噴射するためのノズルの回転を発生させ、この回転によりタンク１の内壁面全体を洗浄することを可能としている。

クリーニングヘッドの回転数は低いため、ギアはプロペラ７と出力シャフト１５の間に設置されなければならない。

このギアはハウジング２上に設置されており、線１４により示されている。

ギアへの入力シャフトは１２で示されており、減速された回転を伝達する出力シャフト は１５で示している。

ギアを有するハウジング２は、図示するように、タンク１の外部に設置されている。

隔壁１０がハウジング２からの漏洩を防止するセーフガードとなっているので、流路４に設置されたプロペラ７と駆動部との間は連通していない。

更に、そのセーフガードは、ギアと出力シャフト１５との間に、同様に回転力を伝達す るヒステリシスカップリングのような物理的な障壁（図示せず）を設けることで強化される。この図示しないカップリングは、以下に詳細を説明する図示されているカップリング と同様の構造である。

第１の実施例を図１に示し、以下に説明する。

プロペラ７は、複数の永久磁石８を有する円盤状の磁気誘導部９を先端に具備した中空のシャフト６に固定されている。

これらの永久磁石８は磁場を形成しており、例えばアルニコ磁石のような強力な極性を有する磁石を少数用いるか、又は強力な磁力で小さな表面積を有する小さな永久磁石を多数用いるかを選択することが可能である。

永久磁石８の代わりに電磁石を設置することも可能である。電磁石は強力な磁場を、印加する電圧を変えることで無段階に調整することが可能である点で優れている。この構成により、カップリングを介して伝達されるトルク及び／又は速度を可変制御することを可能とする付加的効果を得ることができる。

図１に示すハウジング２は隔壁１０により閉じている。

円盤１１の形状をしたヒステリシス部は、隔壁１０の外部に設置されており、その円盤１１は磁気誘導部９と平行に拡がっており、両者は同一軸上で回転可能となっている。

円盤１１は金属酸化物を含む磁性体で形成されることが望ましく、例えば、絶縁性を有するＦｅ₂Ｏ₃粉末がある。この強磁性物質は、ヒステリシス部における渦電流の発生を効果的に防止する高い等方性の電気的抵抗を有している。従って、比較的高温域であっても磁気的特性に優れる。

前記実施例の代わりに、誘電体膜により互いを絶縁した強磁性体であるヒステリシス材料を積層させた積層材料を使用することも考えられる。

カップリングの構造は、プロペラ７で発生したトルクを、隙間と隔壁１０により互いが分離された状態で、ギアの入力シャフト１２に伝達することを可能としている。

磁石部間の隙間が比較的大きいと、カップリングを通じて伝達されるトルク及び／又は速度は小さくなることが知られている。

カップリングによりトルクを調節することを可能とするために、ヒステリシス部である 円盤１１は入力シャフト１２に固定され、かつ矢印１３で示す鉛直方向に調整されることを可能としている。一般的に知られている方法では、カップリングは例えばハウジング２の外部からの調整を可能としている。

図２はヒステリシスカップリングの第２の実施例を示している。

カップリング部は同軸上に設置された２つのリングから構成される。つまり、磁石１８と共に内部に固定されたリング状磁石１６は、シャフト６に固定されると共に、ヒステリ シスリング１９はハウジング２の外部に設置され、かつ仕切り１７の外側に拡がっている。

協働するヒステリシスリング１９は、仕切り１７及び磁石１８を伴うリング状磁石１６の外周方向に拡がり、そしてギアの入力シャフト１２に固定されている。

このカップリングもまた、外部のヒステリシスリング１９を鉛直方向である矢印１３の示す方向に調整することが可能であり、これによりトルク及び／又は速度を変更することができる。

この実施例のカップリングは、非常にコンパクトで半径方向に拡がる隙間のために高トルクを伝達することが可能であり、これは極めて大きなトルクを生む。従って、比較的小さな磁化により高トルクを伝達することが可能である。

図１及び２に示す実施例においては、磁石部分は液相に配置されている。

図３は磁石部分を逆に配置した構成を示しており、ヒステリシス部である円盤１１はハウジング２内に配置され、さらに、磁気誘導部９はハウジング２の外部に設置される。

磁気誘導部９の位置は特に電磁石を使用する際に技術的に有利となり、必須となる電気コネクタを乾いた雰囲気下で設置することは容易である。さらに、ヒステリシス部である 円盤１１を冷却するために液体を利用することもまた可能である。

なお、図２に示す構造を「逆」にすることは、磁石部分であるリング状磁石１６と磁石１８が、ヒステリシス部であるヒステリシスリング１９上で外側に拡がっているため可能である。

最後に、この駆動システムは、クリーニングヘッドの出力シャフト１５に回転を伝達するためのマグネットカップリングにも用いることが可能である。

ハウジング２内の液相とギアとの間の完全な液体分離は、本願発明により実現され、ハウジング２は完全に閉鎖されるので、例えば、シャフトのシールの磨耗による液体の漏洩を防止できる。

平行に設置された磁石部分を有する駆動システムの断面図である。 同軸上に設置した磁石部分を有する駆動システムである。 図１に示した実施例と逆に設置された磁石部分を有する駆動システムの断面図である。

１ タンク
２ ハウジング
３ 流入口
４ 流路
６ シャフト
７ プロペラ
８ 永久磁石
９ 磁気誘導部
１０ 隔壁
１１ 円盤
１２ 入力シャフト
１３ 矢印
１４ 線
１５ 出力シャフト
１６ リング状磁石
１７ 仕切り
１８ 磁石
１９ ヒステリシスリング

Claims (6)

1. 圧力が付加された洗浄液が供給される流路（４）内に設置されたプロペラ（７）を有するハウジング（２）と、
   前記プロペラ（７）により駆動され、前記ハウジング（２）内の洗浄液から隔離して設置されたギアとを備え、
   前記プロペラ（７）に発生する回転をカップリング部を有するマグネットカップリングを通じて前記ギアに伝達し、該ギアはタンク（１）内のクリーニングヘッドに前記回転を減速して伝達すると共に、
   前記カップリング部を、一方が前記ハウジング（２）の流路（４）内に、他方が前記ハウジング（２）の外部に、それぞれ設置された互いに平行な円盤から構成したタンク用クリーニングヘッドの駆動システムにおいて、
   前記プロペラ（７）から前記ギアへの回転の伝達を、前記ハウジング（２）内のプロペラ（７）によって回転される磁気誘導部（９）又は強磁性物質からなるヒステリシス部が、該ハウジング（２）外に設置されたヒステリシスカップリングの第２の回転部分であって前記ギアの入力シャフト（１２）に接続されたヒステリシス部又は磁気誘導部（９）をそれぞれ駆動するヒステリシスカップリングを通じて行うようにすると共に、
   前記ハウジング（２）外に設置されたカップリング部であるヒステリシス部又は磁気誘導部（９）を、前記ギアの入力シャフト（１２）の軸方向に沿って移動して、該ハウジング（２）内に設置された協働するカップリング部である磁気誘導部（９）又はヒステリシス部との間の距離を変化させることで、前記ヒステリシスカップリングによって伝達されるトルク及び／又は速度を変化可能にしたことを特徴とするタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。
2. 前記ヒステリシス部が前記ハウジング（２）外に設置され、前記磁気誘導部（９）が該ハウジング（２）内に設置された請求項１に記載のタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。
3. 前記磁気誘導部（９）が前記ハウジング（２）外に設置され、前記ヒステリシス部が該ハウジング（２）内に設置された請求項１に記載のタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。
4. 前記磁気誘導部（９）が、必要な磁場と極性を発生させるための複数の永久磁石（８）を具備する請求項１〜３のいずれかに記載のタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。
5. 前記磁気誘導部（９）が、電磁石を具備する請求項１〜３のいずれかに記載のタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。
6. 前記ギアの回転を、第２の前記ヒステリシスカップリングを通じて前記クリーニングヘッドを駆動する出力シャフト（１５）に伝達するようにした請求項１〜４に記載のタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。

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