JP6185052B2 - 回転容積式ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、回転方向の移動によって流体移送空間の容積が変化しつつ回転するギヤポンプのような回転容積式ポンプに関する。

従来、この種の回転容積式ポンプとしては、例えばギヤポンプが知られている。このギヤポンプは、回転駆動されるピニオン（駆動ギヤ）とこれに偏心状態で噛み合ってピニオンに従動するインターナルギヤ（従動ギヤ）と、両者の隙間に位置し、吸込側と吐出側とを仕切る三日月状のガイド体とを有し、ピニオンとインターナルギヤとの間に形成される空間がピニオンの回転駆動に伴って回転移動すると共に両者の噛み合い状態が変化して容積変化することを利用して、この空間内に移送流体を導入して回転方向に移送して吐出することにより容積式ポンプを形成したものである。特許文献１記載の回転容積型ポンプを使用した場合、揮発性を有する移送流体を取り扱う場合でも、エアー抜き作業を要することなくガスロックを防止することが可能である。

特許３４９４２１３号

一般的に、回転容積式のポンプにおいては、軸受の摩耗を防止するべく、ポンプの始動時に移送経路を満水にする必要があった。このため、特許文献１に記載の回転容量式ポンプでは、インバータ駆動により、ギヤポンプを低回転で駆動して、徐々に満水にするという始動動作が必要であり、始動に時間がかかるという問題があった。またギヤポンプを介してリアケーシングに移送流体が循環するため、移送流体の温度上昇を招く場合があった。

本発明はこの様な課題に鑑みてなされたものであり、迅速な始動を可能とし、且つ移送流体の温度上昇を生じない回転容積式のポンプを提供することを目的とする。

本発明に係る回転容積式のポンプは、移送流体の吸込口及び吐出口を有し、吸込口を介して移送流体を内部に導入し回転動作で内部の空間を回転方向に容積変化を伴いながら移動させることによって移送流体を吐出口から吐出するポンプ本体と、ポンプ本体の吸込口に連通し移送流体を導入する第１のポート及びポンプ本体の吐出口に連通し移送流体を吐出する第２のポートを備えたポートハウジングと、ポンプ本体にポンプ動作を生じさせるための回転駆動力を付与しポンプ本体に連結された回転体がリアケーシングの内部に収容された回転駆動機構とを備えた回転容量式ポンプにおいて、ポートハウジングは、第１のポートからリアケーシングに連通する第１の吸込流路と、リアケーシングからポンプ本体の吸込口に連通する第２の吸込流路を有し、第１のポートは、第１の吸込流路、ケーシングの内部及び第２の吸込流路を介してポンプ本体の吸込口に連通していることを特徴としている。

本発明に係る回転容積式のポンプによれば、移送流体を導入する第１のポートからポンプ本体の吸込口までの移送流体の流路に、リアケーシングの内部空間が介在しているので、ポンプ本体のポンプ動作に頼ることなく、タンクの押し込み圧にて、第１のポートから直接移送流体をリアケーシングの内部に導入することができる。このため、迅速な始動が可能となる。また、移送流体はリアケーシング側からポンプ本体側に流れていく構造となっているので、移送流体が温度上昇することもない。

また、本発明の一実施形態において、ポートハウジングは、ポンプ本体とリアケーシングの間に配置されている。このような配置構造によれば、ポンプの全長を短くすることができる。

また、ポートハウジングは、第１の吸込流路とリアケーシングの間及びリアケーシングと第２の吸込流路の間の少なくとも一方に移送流体をフィルタリングするフィルタを備えていても良い。この場合、容積式ポンプの使用環境に拘らず効果的に異物混入を防止し、これによってポンプの損傷を防止することが可能である。また、リアケーシングをポンプ本体から取り外すことにより、フィルタの交換又は清掃等のメンテナンスを比較的容易に行う事が可能である。

また、ポートハウジングは、第１の吸込流路に下端部が連通する上下に延びるガス分離部を有し、ガス分離部の下端部、第１の吸込流路、第２の吸込流路、並びにポンプ本体の吸込口のうち、ガス分離部の下端部が最も上に配置されていると良い。回転容積式ポンプをこの様に構成した場合、例えば揮発性の移送流体を移送する際に、吸込口及びケーシングの内部において発生したガスを上記ガス分離部から効果的に排出することが可能である。ここで、例えば吸込側の配管抵抗が高い場合には、上記ガス分離部において水面が低下し、ケーシングの内部及びポンプ本体を介して、吐出される移送流体に空気等の気体が混入してしまうとも考えられる。しかしながら、本実施形態においては逆止弁によってこの様な事態を防止することが可能である。

本発明の第一の実施形態に係る回転容積式ポンプの側面から見た断面図である。 同容積型ポンプを同回転容積式ポンプの一部を切削して示す正面図である。 同容積型ポンプのフィルタを示す平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る回転容積式ポンプについて詳細に説明する。

［第一の実施形態］
［全体構成］
図１は本発明の第一の実施形態に係る回転容積式ポンプの側面から見た断面図であり、図２は、同回転容積式ポンプの一部を切削して示す正面図である。

本実施形態に係る回転容積式ポンプは、マグネット従動型の回転駆動機構１と、移送流体の吸込口及び吐出口を有し、吸込口を介して移送流体を内部に導入し、回転駆動機構１から伝達された回転運動によって内部の空間を回転方向に容積変化を伴いながら移動させることによって移送流体を吐出口に移送して吐出するポンプヘッド２とを備える。

［回転駆動機構１］
回転駆動機構１は、回転容積型ポンプを床面等に固定可能な固定部１１ａが形成されたブラケット１１を備える。このブラケット１１内部には、図示しない駆動軸を介してモータにより駆動される円筒状の回転駆動体１２が収容される。回転駆動体１２は、開放端の内側にリング状駆動マグネット１２１を支持している。また、この回転駆動体１２の内側にはリアケーシング１３の基端側が収容されている。このリアケーシング１３の更に内部には回転駆動体１２の回転運動に伴って回転する回転体１４が収容されている。回転体１４は、リング状マグネット１２１と磁気結合され、上述のモータによる回転運動を、回転駆動体１２を介して伝達する従動マグネット１４１と、従動マグネット１４１を内部に収容するマグネットキャン１４２と、マグネットキャン１４２に取り付けられた回転軸１４３とを備える。

［ポンプヘッド２］
ポンプヘッド２は、ポンプ本体２１と、このポンプ本体２１を支持するポートハウジング２２と、ポートハウジング２２と共にポンプ本体２１を収容するカバー２３とを備える。また、本実施形態において、ポートハウジング２２の両側面にはそれぞれ第１のポート２４Ａ及び第２のポート２４Ｂが突設され、上面には第３のポート２４Ｃが突設されている。

［ポンプ本体２１］
ポンプ本体２１は、回転軸１４３によって回転駆動される駆動ギヤ２１１と、この駆動ギヤ２１１に偏心状態で噛み合って駆動ギヤ２１１に従動する従動ギヤ２１２と、これら駆動ギヤ２１１及び従動ギヤ２１２の隙間に位置し、吸込側と吐出側とを仕切る三日月状のガイド体２１３とを備える。駆動ギヤ２１１、従動ギヤ２１２及びガイド体２１３はサイドプレート２１４及びガスケット２１５を介してハウジング２２と接する。サイドプレート２１４及びガスケット２１５の中心部には、回転体１４の軸が挿通される軸穴２１ａが、その外側には移送流体の吸込口２１ｂ及び移送流体の吐出口２１ｃが形成される。また、従動ギヤ２１２の外側にはベアリング２１６が外嵌され、これらの更に外側及び前面はギヤハウジング２１７によって覆われる。尚、本実施形態において、ガイド体２１３はギヤハウジング２１７と一体形成されるが、サイドプレート２１４と一体形成されても良いし、独立して形成されても良い。尚、本実施形態においては、ポンプ本体２１は上記のように構成されているが、ポンプ本体は移送流体の吸込口及び吐出口を有し、吸込口を介して移送流体を内部に導入し回転動作で内部の空間を回転方向に容積変化を伴いながら移動させることによって移送流体を吐出口から吐出するものであれば良い。従って、ポンプ本体が三日月状のガイド体を有しない、例えば、トロコイド式の内接型容量式ポンプや外接型容量式ポンプ、或いはベーン式容量ポンプ等原理の異なる全ての回転容量式ポンプを、ポンプ本体２１として採用することが可能である。

［ポートハウジング２２］
ポートハウジング２２前面の中心部には、回転軸１４３を、軸受２５を介して回動可能に保持する軸穴２２ａが形成される。軸穴２２ａの外側にはポンプ本体２１を嵌合することが可能なギヤハウジング嵌合部２２ｂが形成され、更にその外側にはフランジ２２ｃが形成される。ギヤハウジング嵌合部２２ｂの吸込口２１ｂに対応する部分には、ギヤハウジング２２の背面に連通する第２の吸込流路２２ｄが穿たれており、ギヤハウジング嵌合部２２ｂの吐出口２１ｃに対応する部分にはギヤハウジング２２の一側面に連通する吐出流路２２ｅが穿たれている。

ポートハウジング２２背面の中心部は、上記軸穴２２ａが連通しており、その外側には、上記リアケーシング１３の内部に面する壁面２２ｆが形成され、更にその外側にはフランジ２２ｇが形成される。壁面２２ｆの最下部は上記第２の吸込流路２２ｄと連通している。また、壁面２２ｆの最上部にはポートハウジング２２の上面及び他の側面に連通する第１の吸込流路２２ｈが穿たれている。また、フランジ２２ｇには、上記リアケーシング１３が、内部を水密／気密状態に保持するように取り付けられている。フランジ２２ｇの更に外側の部分には、ブラケット１１が取り付けられている。尚、回転容積式ポンプによって揮発性を有しない移送流体の移送を行う場合等には、吸込流路２２ｈは上記他の側面に連通していれば良く、ポートハウジング２２の上面には連通していなくても良い。

［第１のポート２４Ａ、第２のポート２４Ｂ及び第３のポート２４Ｃ］
第１のポート２４Ａには、上述の第１の吸込流路２２ｈと連通する第１の吸込流路２４Ａａが形成されており、第１のポート２４Ａの先端にはフランジ２４Ａｂが取り付けられている。また、第２のポート２４Ｂには、上述の吐出流路２２ｅと連通する吐出流路２４Ｂａが形成されており、第２のポート２４Ｂの先端にも、フランジ２４Ｂｂが取り付けられている。更に、第３のポート２４Ｃの内部には、ガス分離部２４Ｃａが形成されており、ガス分離部２４Ｃａは、下端部が第１の吸込流路２２ｈ及び第１の吸込流路２４Ａａに連通し、上下方向に延びており、更に上方に開口している。また、ガス分離部２４Ｃａには、逆止弁２４Ｃｂが設けられる。第３のポート２４Ｃの先端には、フランジ２４Ｃｃが取り付けられている。尚、回転容積式ポンプによって揮発性を有しない移送流体の移送を行う場合等には、第３のポート２４Ｃは不要である。

［フィルタ２６］
本実施形態においては、図１に示す通り、ポートハウジング２２背面の壁面２２ｆに、フィルタ２６が嵌合されている。フィルタ２６は、図３に示す通り、外枠２６１、第１の吸込経路２２ｈからリアケーシング１３内部へ移送される移送流体の異物を除去可能な第１のフィルタ２６２及びリアケーシング１３内部から第２の吸込流路２２ｂへ移送される移送流体の異物を除去可能な第２のフィルタ２６３を備える。これにより、耐環境性に優れ、故障を生じにくい回転容積式ポンプを提供することが可能となる。また、上記リアケーシング１３をポートハウジング２２から取り外すことにより、フィルタ２６の交換又は清掃等のメンテナンスを比較的容易に行う事が可能である。また、フィルタ２６は、軸穴２２ａとリアケーシング１３の内部とを遮らないように、円環状に形成されている。尚、本実施形態においてはフィルタの性能を向上させるためにリアケーシング１３へ移送される移送流体及びリアケーシング１３から排出される移送流体の両方に対してフィルタリングを行っているが、フィルタ２６によってどちらか一方をフィルタリングすることも可能である。また、回転容積式ポンプの動作環境によっては、フィルタ２６を設けなくても良い。

［動作］
次に、本実施形態に係る回転容積式ポンプの動作について説明する。

まず、始動に先立ち、移送流体をタンクから第１のポート２４Ａに導入して、第１の吸込流路２４Ａａを介して移送流体をリアケーシング１３の内部に供給し、リアケーシング１３の内部を満水状態とする。

次に、図示しない駆動軸によって回転駆動体１２が駆動されると、磁気結合されたリング状マグネット１２１及び従動マグネット１４１を介して回転体１４が駆動される。回転体１４は回転軸１４３を介して駆動ギヤ２１１に接続されているため、駆動ギヤ２１１が回転し、更に駆動ギヤ２１１に偏心状態でかみ合っている従動ギヤ２１２が回転する。これに伴い、駆動ギヤ２１１、従動ギヤ２１２及びガイド体２１３によって形成される空間のうち、吸込口２１ｂ、第２の吸込流路２２ｄを介してリアケーシング１３内部に露出している部分の容積は増大するため、リアケーシング１３内部の移送流体は当該空間に吸引される。吸引された移送流体は駆動ギヤ２１１及び従動ギヤ２１２の回転運動によって吐出口２１ｃまで移送される。また、駆動ギヤ２１１、従動ギヤ２１２及びガイド体２１３によって形成される空間のうち、吐出口２１ｃに露出している部分の容積は減少するため、移送された移送流体は吐出口２１ｃ及び吐出流路２２ｅを介して吐出される。

上記移送動作の進行に伴い、第１の吸込流路２４Ａａ及び第１の吸込流路２２ｈを介して移送流体がリアケーシング１３内部に供給される。リアケーシング１３内部に移送された移送流体は、リアケーシング１３内部に存在した移送流体と同様の経路をたどり、吐出流路２２ｅを介して排出される。

即ち、本実施形態に係る回転容積式ポンプにおいては、予めリアケーシングを満水状態にしておくことが容易なので、迅速な始動が可能となる。また、ポートハウジング２２と回転体１４の軸部分との境界部分にも移送流体が充填されるため、軸受２５の摩耗を防ぐための還流路を用意するまでも無く軸受２５の潤滑を行う事が可能であり、移送流体の温度上昇を防止することが可能である。また、流体をリアケーシング１３の内部にダイレクトに送り込み、ポンプ側から抜く構造なので、リアケーシング内の洗浄も良好に行う事ができ、サニタリー用途やスラリーを含む流体を移送する用途にも適用可能である。

また、移送流体が揮発性を有する場合においても、第１の吸込流路２２ｈ内及びリアケーシング１３内において発生したガスは、上記ガス分離部２４Ｃａから排出されるため、ガスロックの問題を生じない。また、例えば第１の吸込流路２２ｈの配管抵抗が高い場合には、ガス分離部２４Ｃａにおいて水面が低下し、リアケーシング１３の内部及びポンプヘッド２を介して、吐出される移送流体に空気等の気体が混入してしまうとも考えられる。しかしながら、本実施形態においては逆止弁２４Ｃｂによってこの様な事態を防止することが可能である。

尚、本実施形態に係る回転容積式ポンプは、モータを逆回転させることによって吸込方向と吐出方向とを入れ替えて使用することも可能である。この場合には、フィルタ２６の位置を変更し、ポンプ本体２１を保護することも可能である。但し、リアケーシング耐圧内の吐出圧に限定される。

以上をまとめると、第１のポンプは、移送流体の吸込口及び吐出口を有し、吸込口を介して移送流体を内部に導入し回転動作で内部の空間を回転方向に容積変化を伴いながら移動させることによって移送流体を吐出口から吐出するポンプ本体と、ポンプ本体の吸込口に連通し移送流体を導入する第１のポート及びポンプ本体の吐出口に連通し移送流体を吐出する第２のポートを備えたポートハウジングと、ポンプ本体にポンプ動作を生じさせるための回転駆動力を付与しポンプ本体に連結された回転体がリアケーシングの内部に収容された回転駆動機構とを備えた回転容量式ポンプであり、ポートハウジングは、第１のポートからリアケーシングに連通する第１の吸込流路と、リアケーシングからポンプ本体の吸込口に連通する第２の吸込流路を有し、第１のポートは、第１の吸込流路、ケーシングの内部及び第２の吸込流路を介してポンプ本体の吸込口に連通しているものである。

また、第２のポンプは、移送流体の吸込口及び吐出口を有し、吸込口を介して移送流体を内部に導入し移送流体を吐出口から吐出するポンプ本体と、ポンプ本体の吸込口に連通し移送流体を導入する第１のポート及びポンプ本体の吐出口に連通し移送流体を吐出する第２のポートを備えたポートハウジングと、ポンプ本体にポンプ動作を生じさせるための駆動力を付与する駆動機構とを備えたポンプにおいて、ポートハウジングは、第１のポートからリアケーシングに連通する第１の吸込流路と、リアケーシングからポンプ本体の吸込口に連通する第２の吸込流路を有し、第１のポートは、第１の吸込流路、ケーシングの内部及び第２の吸込流路を介してポンプ本体の吸込口に連通し、ポートハウジングは、第１の吸込流路とリアケーシングの間及びリアケーシングと第２の吸込流路の間の少なくとも一方に移送流体をフィルタリングするフィルタを更に備えるものである。

また、第３のポンプは、移送流体の吸込口及び吐出口を有し、吸込口を介して移送流体を内部に導入し移送流体を吐出口から吐出するポンプ本体と、ポンプ本体の吸込口に吸込み流路を介して連通し移送流体を導入する第１のポート及びポンプ本体の吐出口に連通し移送流体を吐出する第２のポートを備えたポートハウジングと、ポンプ本体にポンプ動作を生じさせるための駆動力を付与する駆動機構とを備えたポンプにおいて、ポートハウジングには、上下に延びる部分を有するガス分離部が形成され、このガス分離部の下端が第１のポートに連通し、吸込流路がポンプ本体の吸込口よりも上方でガス分離部に連通してなり、ガス分離部は、内部に設けられた逆止弁を有するものである。

１…回転駆動機構、２…ポンプヘッド、１１…ブラケット、１２…回転駆動体、１３…リアケーシング、１４…回転体、２１…ポンプ本体、２２…ポートハウジング、２３…カバー、２４Ａ…第１のポート、２４Ｂ…第２のポート、２４Ｃ…第３のポート、２５…軸受、２６…フィルタ、１２１…リング状マグネット、１４１…従動マグネット、１４２…マグネットキャン、１４３…回転軸、２１１…駆動ギヤ、２１２…従動ギヤ、２１３…ガイド体、２１４…サイドプレート、２１５…ガスケット、２１６…ベアリング、２１７…ハウジング。

Claims (4)

1. 移送流体の吸込口及び吐出口を有し、前記吸込口を介して移送流体を内部に導入し回転動作で前記内部の空間を回転方向に容積変化を伴いながら移動させることによって前記移送流体を前記吐出口から吐出するポンプ本体と、
   前記ポンプ本体の前記吸込口に連通し前記移送流体を導入する第１のポート及び前記ポンプ本体の前記吐出口に連通し前記移送流体を吐出する第２のポートを備えたポートハウジングと、
   前記ポンプ本体にポンプ動作を生じさせるための回転駆動力を付与し前記ポンプ本体に連結された回転体がリアケーシングの内部に収容された回転駆動機構と
   を備えた回転容積式ポンプにおいて、
   前記ポートハウジングは、前記ポンプ本体と前記リアケーシングの間に配置され、前記第１のポートから前記リアケーシングに連通する第１の吸込流路と、前記リアケーシングから前記ポンプ本体の吸込口に連通する第２の吸込流路を有し、
   前記第１のポートは、前記第１の吸込流路、前記ケーシングの内部及び前記第２の吸込流路を介して前記ポンプ本体の前記吸込口に連通している
   ことを特徴とする回転容積式ポンプ。
2. 移送流体の吸込口及び吐出口を有し、前記吸込口を介して移送流体を内部に導入し回転動作で前記内部の空間を回転方向に容積変化を伴いながら移動させることによって前記移送流体を前記吐出口から吐出するポンプ本体と、
   前記ポンプ本体の前記吸込口に連通し前記移送流体を導入する第１のポート及び前記ポンプ本体の前記吐出口に連通し前記移送流体を吐出する第２のポートを備えたポートハウジングと、
   前記ポンプ本体にポンプ動作を生じさせるための回転駆動力を付与し前記ポンプ本体に連結された回転体がリアケーシングの内部に収容された回転駆動機構と
   を備えた回転容積式ポンプにおいて、
   前記ポートハウジングは、前記第１のポートから前記リアケーシングに連通する第１の吸込流路と、前記リアケーシングから前記ポンプ本体の吸込口に連通する第２の吸込流路と、前記第１の吸込流路に下端部が連通し上下に延びるガス分離部とを有し、
   前記第１のポートは、前記第１の吸込流路、前記ケーシングの内部及び前記第２の吸込流路を介して前記ポンプ本体の前記吸込口に連通し、
   前記ガス分離部の下端部、前記第１の吸込流路、前記第２の吸込流路、並びに前記ポンプ本体の吸込口のうち、前記ガス分離部の下端部が最も上に配置されている
   ことを特徴とする回転容積式ポンプ。
3. 前記ガス分離部の内部に設けられた逆止弁を更に有する
   ことを特徴とする請求項２記載の回転容積式ポンプ。
4. 前記ポートハウジングは、前記第１の吸込流路と前記リアケーシングの間及び前記リアケーシングと前記第２の吸込流路の間の少なくとも一方に前記移送流体をフィルタリングするフィルタを備えた
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の回転容積式ポンプ。
   

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