Swash plate pump

【発明の詳細な説明】 本発明の基礎となる斜板式ポンプは次の原理で動作する。 駆動軸が回ると、駆動軸の中心を中心とする円錐を描くように、斜板軸が運動する。 この円錐の中心軸線に対して斜板の軸が傾斜位置にあるので、斜板軸に対して垂直に位置する斜板は、斜板を収容するポンプ室の中で、この中心軸線上に位置する揺動中心点を中心として揺動運動を行う。 斜板を貫通しこの軸方向で延在する中間壁が、ポンプ室を吸込側部分と吐出側部分とに分割している。 斜板が運動するとポンプ室の中に、斜板と中間壁で分けられ、回転し容積が変化する２つの搬送室が形成される。

ドイツ特許出願公告第DE−Ｂ−1090966号公報から、
斜板がポンプ室の中に配置され、ポンプ室の斜板に対向して位置するケーシング壁面が円錐形に形成されているこの形式の斜板式ポンプが公知である。 ポンプ室の平面は、駆動軸の平面に垂直に延在する。 ポンプ室の中に斜めに配置されている斜板により斜板の両側に、容積が可変の搬送室が形成される。 ポンプ室の中を運動する斜板は円形リングとして形成されている。 これの一番内側部分は斜板の球面上に配置されている。 この球面は、ポンプ室を包囲するポンプケーシングに整合して形成されている対向面の中に支承されている。 これらの支承面の間に搬送媒体がポンプ室から流出し、斜板軸を包囲する室の中に流入し、そこから外部へ流出するので、これを防止するため斜板ハブと斜板軸軸受との間に弾性のベローズ密封部材が設けられている。 このベローズの一端は、
定置のポンプケーシングに接続され、他端は、斜板軸の回りにはめ込まれているスリーブに固定され、両端は静的に密封されている。

これらの斜板式ポンプにおいては、搬送媒体が供給される室の周囲に対する気密密封は実現されているが、しかしこの構造に起因して、ポンプ室と、ポンプの中に設けられ斜板軸を包囲する室との間の液体交換が僅かしか行われない空間が形成される。 従ってこの空間はデッドスペースであり、搬送媒体が集積してほぼ不動に滞留する。 例えば食料品及び衛生管理の要求が厳しいその他の物質等の劣化しやすい製品を搬送するためにはこの構造は不適切である。 デッドスペースは、ポンプが停止する都度にケーシングを開放して洗浄しなければならない。
そうしないと、デッドスペースの中に残った媒体が腐敗して細菌が発生し、搬送媒体が損なわれる。

第１項に記載の本発明は、例えば食料品又は生物学的溶液等の短時間での処理を必要とし経時変化する媒体の搬送のための自浄能力の高い斜板式ポンプを提供するとの問題が基礎となっている。

この問題は、請求項１に記載の手段により解決される。

本発明により得られる利点によりこのポンプをバイオテクノロジー、食料品技術又は劣化しやすい媒体を搬送するために使用することが可能となる。 側方空間が貫流されるので、ポンプは組込み状態で殺菌可能である。 さらに本発明では、ポンプ室からの搬送媒体が漏洩して流入できる空間、例えば側方空間の全てが、導管、チャネル等によりポンプ又は搬送媒体の導管系の中に組込まれ、そこを搬送媒体が連続的又は規則的に貫流する。 これによりポンプから漏洩した流体も搬送され、搬送媒体の粒子の沈澱を阻止または少なくとも制限することができる。 この結果、搬送媒体に接触するすべての構成部分を解体せずに完全に自動的に洗浄することが保証される。

洗浄のためには、ポンプにより洗浄液を搬送し、これによりケーシングからすべての製品残留物を排出するだけでよい。

第２項〜第４項の実施例は、ポンプ室及び側方空間の貫流の異なる順序を示す。 貫流のために側方空間は、少なくともそれぞれ１つの搬送媒体流入及び流出管接続部を有する。 搬送媒体とその性質と処理条件に依存して、
その都度に適切な貫流順序を選択できる。 従って簡単に沈澱の発生を阻止して連続的洗浄を実現できる。 この場合、ポンプの作業中に搬送流全体がこれらの側方空間を貫流するか、あるいは部分流のみかは重要でない。 通常の作動状態で側方空間の貫流を一時的に行わないことも、搬送媒体によっては可能である。

第５項の実施例は、ポンプの製作を大幅に簡単化し、
ポンプの密封性を高め、ひいてはポンプの効率を高める。 ポンプ室は、２つの側方部分と、それらの間に位置し球面状内面を有するリングと、斜板より短い直径の球面とにより囲まれる。 リングの球面状内面と、斜板の円形リングとは共働して、搬送室相互間の動的密封を形成する。 すなわち静圧に対する密封ではなく、ポンプとして動作しているときにはその部分からの流出・流入が少ない。 ポンプ室壁を構造的に４分割することによりただ１つの構成部品のみが、斜板外径を外部に対して密封するための球面状内面を備えるだけでよい。 ポンプ室の構成部品の間の継ぎ目は、球面上に延在するのではなく、
２つの継ぎ目が側面との間に配置される。 継ぎ目には、
使用条件を満足する密封が行われている。 リングの球面状内面は、搬送室を互いに密封するための密封面であり、斜板の外径はこの面の上を動く。 継ぎ目を側面との間に移動したことにより、密封性を実現するために可及的最良の斜板の外部輪郭とリングの球面状内面の間の摺り合わせが実現される。 分離している側面及びリングを有するポンプ室のこの構造は、リングの中に凹部を設けることにより可能となる。 斜板は、凹部の部分に垂直方向にリングの中に入れられ、中心を少し動かして同心に配置し、旋回させてリングと斜板を同一平面内にして作動可能な状態にする。 次いで中間壁は凹部の個所で係留され、リングに対して密封される。 凹部の最小幅は、斜板の幅から定まる。 その後に側方部分が取付けられる。

第６項に記載の実施例は、側方壁に対する密封のために弾性の密封素子が中間壁と側方壁との間に設けられている中間壁の利用を教示する。 これは、中間壁を弾性を有する加硫層とすることにより実現できるが、しかし独立の密封素子の使用も可能である。 中間壁は、斜板をリングの中に取付けた後に、凹部に取付けられる。 中間壁は、斜板を担持する球面とほぼ同一の半径の球面を有し、密封間隙を保持して球面の上に係合している。 中間壁とリングとの間に中間空間が形成されるように寸法決めされている。 この中間空間の中に、リングに対して中間壁を弾性密封するために弾性密封素子が挿入される。
この弾性密封素子により側壁において間隙のない静的密封が実現される。

第７項の実施例は、大気に対するポンプ室の２重の静的密封を形成する。 これにより、侵食性及び毒性の媒体を搬送するためにポンプを使用する用途が広がる。 搬送媒体が接触する第２の静的密封素子が故障したときには、第１の静的密封素子が付加的保護部材として機能する。

第８項の実施例では第２の静的密封素子の可動性が、
弾性ダイヤフラムの使用により高まる。 付加的に第９項では、第１の静的密封素子と第２の静的密封素子との間に包囲されている空間に液体を充填させることが可能である。 液体は非圧縮性と見なされ、ダイヤフラムにより分割されている室の容積は一定であるので、ダイヤフラムには圧力が印加されない。 ダイヤフラムの両側には同一の圧力が印加され、ダイヤフラムには、斜板運動による力のみが印加される。

これは、第１の密封素子と第２の密封素子との間の空間の中の監視媒体のある特性を監視することにより作動安全性を高める利点を有する。 監視媒体の中に侵入する搬送媒体による、監視されている特性の変化はセンサによりただちに検出される。 これにより、搬送媒体を周囲に排出することなしに損傷を早期に検出できる。

次の本発明を実施例に基づき図を用いて詳細に説明する。

第１図は第２図のＩ−Ｉ切断線に沿って切断して示す斜板式ポンプの縦断面図、第２図は第１図のII−II切断線に沿って切断して示す部分横断面図である。

第１図には斜板式ポンプが示されている。 斜板軸１
は、図示されていない駆動装置により円錐形面を描きつつ揺動中心点２の回りを揺動運動する。 駆動装置としては例えば特許出願平成６−171825号に記載されているものを使用することができる。 なお、この明細書および請求の範囲において、揺動運動とは、空間の一点を中心として軸が円錐面を描くように周回するがその軸自体は自転しないような運動をいう。 例えば独楽を自転させずに、軸の下端を固定して上端を円運動させたときの運動はこの意味の揺動運動である。

斜板軸１は球面３を有する斜板４を備え、斜板４は円形リング12を有し、全体としてつば付きの帽子状の形状を有する。 円形リング12の外周面は、それをとりまくリング６の内部球面５に接している。

揺動中心点２は、斜板４の球面３の中心及びリング６
の球形内面５の中心と一致する。

リング６は、駆動側に位置し中央開口を有する第１の側方部分９と第２の側方部分10の間に配置されている。
そして斜板４の球面３と、リング６の球面内面５と、第１の側方部分９の側面と、第２の側方部分10の側面が、
共働して環状のポンプ室11の境界をなす。 第１と第２の側方部分9,10のポンプ室11に面した側面は、斜板４の球面３およびリング６の球形内面５の中心２を頂点とする円錐面の一部で形成されている。 そして図１に示すように、円形リング12はこの円錐面に直線で接しており、斜板４が揺動運動をすると、この接触直線が回転する。

ポンプ室11の中は円形リング12によって円形リング12
より上の部分と下の部分に２分されている。 円形リング
12は、斜板４の球面３の上に固定されているので、円形リング12は斜板軸１を介してポンプ室11の中で揺動運動をする。

第１の側方部分９の中には中央開口が設けられ、斜板軸１を貫通させ、図示しない駆動装置で駆動するために用いられる。

斜板軸１は、例えば溶接、ねじ止め等の異なる方法で斜板４に接続できる。 斜板４は、可及的最大の精度を得るために単一部品として製造できる。 しかし、複数の部品から成る構造も可能である。 斜板４の円形リング12の外側端縁は、動的密封を実現するために有利には、球形内面５に対応する球面状の輪郭に形成されている。 同様に、ポンプ室11の内部空間は、球面３とこれに対応する球面13,14との間の動的密封により密封されている。 斜板４はこれらの個所において支承されていることも可能である。

球面3,13,14における動的密封の間隙を介してポンプの側方空間15,16に搬送媒体が供給される。 すなわち動的密封により大部分の流体は流路に沿って流れるが、一部はその間隙からもれて側方空間15,16に流出する。

第１の側方部分９と第２の側方部10はそれぞれ搬送媒体が流れる側方空間15,16を有する。 側方空間15はダイヤフラム17により静的に密封されている。 ダイヤフラム
17は球面３と側方部分９に固定されている。

ダイヤフラム17は、大気に対する圧力差を受止めるように形成される必要はない。 この実施例では圧力差は、
例えば図示のベローズ18の形式の別の密封素子により受止められる。 すなち第１の弾性の静的密封素子18は第２
の弾性の静的密封素子17が前置接続されている。 第１の弾性の静的密封素子18としてのベローズ18と第２の弾性の静的密封素子17としてのダイヤフラム17との間には、
非貫流空間19が形成されている。 この非貫流空間19には監視媒体を満たすことができる。 非貫流空間19は弾性的であり変形可能であるので、非貫流空間19の中には側方空間15の中と同一の液圧が印加され、ダイヤフラム17は変形のためにのみ利用される。

ベローズ18が圧力差を受止める。 ベローズ18は、斜板４の揺動運動に追従し、その際にその折畳み形状が弾性的に変形する。 ベローズ18は非貫流空間19を大気に対して及び斜板軸１の支承空間20に対して静的に密封する。
それを実現するためにベローズ18の一端は揺動する斜板４の部分に取付けられ、他端は例えばこの実施例では斜板軸１の貫通穴のための中央開口を有する蓋21の形のケーシングの定置部分に接続されている。 付加的作用としてベローズ18は斜板４が、ベローズ18の中央軸の回りを自転しないことを保証する。 しかし、この保証は、別の公知の方法で行うこともできる。

本実施例では蓋21が側方部分９に接続され、大気圧がダイヤフラム17に印加されないようになっている。

側方部分９には管接続部C,Dが設けられている。 管接続部C,Dを介して側方空間15は完全に搬送流の中に入れられている。 他方、側方空間16を搬送流が貫流するために側方部分10に管接続部A,Bが設けられている。 これらの管接続部A,Bにより側方空間15,16は斜板式ポンプの導管系の中に入れられている。 後述するようにこれにより本発明の利点が実現される。

側方空間15,16及びポンプ室11の貫流順序は、その都度の使用条件に応じて選択できる。 例えば、側方空間1
5,16は、ポンプ室11へ搬送媒体が流入する前に貫流することもできる。 例えば、外部からの搬送媒体をＢから取り込み、Ａから搬出し、それをポンプ室11の流入開口27
に接続し、ポンプ室の流出開口28をＣに接続し、Ｄから外部に送る。

このような配管のとき、前述したように球3,13,14における動的密封の間隙を介してポンプ室11から搬送流体が漏洩流出しても、側方空間15,16は流路の中に組込まれているので、再び流路に沿って搬送される。 すなわち流体は流路以外の部分には漏洩することがない。

一方の側方空間の貫流はポンプ室11へ搬送媒体が流入する前に行い他方の側方空間の貫流はポンプ室11からの流出の後に行うことばかりでなく、他の配管も可能である。 例えば、全搬送流ではなくその一部を側方空間へ分離流入させる装置を設けることもできる。 側方空間を常時貫流するのではなく、ある時間間隔をおいて貫流することも可能である。

貫流をどのように定めるかは、搬送媒体とその状態条件とに依存する。 ケーシングにおける管接続部Ａ〜Ｄの位置も、側方空間の態様に依存して変えることができる。 図示のように流入開口又は流出開口Ａ〜Ｄを対向して配置する以外の配置も可能である。

斜板式ポンプのケーシングは、公知の手段により一体的に組立てられて保持される。

この斜板式ポンプの１つの特徴は、ポンプ室11の吸込側と吐出側が、ポンプ室11の中に配置されている中間壁
22により分離されていることにある。

中間壁22は、第２図に示すように、斜板４の面に対してほぼ垂直に斜板４に交差している。 そのために斜板４
の円形リング12は、少なくとも中間壁22の壁厚の幅を有する凹部を有する。

第１と第２の側方部分9,10とリング６の球面５と斜板４の外部球面で囲まれる空間は斜板４の円形リング12によって２分割されているが、さらにこの中間壁22によってこの中間壁22の近傍では各空間は２つの部分に遮断されている。 しかしポンプ室11は環状であるので、全体では２分割のままである。

ポンプ室11の中の斜板４が揺動運動をすると、すなわち斜板軸１が自転することなく揺動中心点２を頂点とする円錐を描くように回動すると、中間壁22に面する凹部は回転することなく、定置の中間壁22に対して相対運動を行う。

斜板軸１が円錐運動すると円形リング12が第１と第２
の側方部分の円錐面に接する直線が回転し、円形リング
12によって分割される空間は回転する。 しかし円形リング12の各側の中間壁22によって分割された２つの空間の各部分の体積は一定である。 しかし、各部分は第２図に示すように中間壁によって仕切られているので流体をそこを越えて流すことはできない。 流入開口27と流出開口
28が中間壁22の両側に設けられているので、斜板軸が円錐運動をし斜板が揺動運動をすると、流入開口27から流体が吸い込まれ、流出開口28から吐出される。

凹部の最小幅は、その面の形状に依存する。 なお凹部の面は中間壁22と係合するが、これを静的に密封する機能を有する必要はない。 凹部の面と中間壁22との間により大きい遊びを許容することも可能である。 遊びがあっても斜板が揺動運動をしていると、流路に沿って流れる量の方がそのすきまを漏洩する量より充分大きいので問題はない。 中間壁22は遊びをもって球面３の上に設けられ、この状態に対応する密封面23が形成されている。

中間壁22は側方部分9,10の中に例えばピン24等により係留されて接続されている。 中間壁22の側縁の弾性コーティング24は、静的密封を保証する。 これは、弾性コーティング25が側面7,9に当接することにより実現される。 しかし、別の形の静的密封も可能である。

側方空間15,16及び空間19及び支承空間20には、図示されていない監視装置を設けることができる。 監視装置は、密封の漏洩の早期発見を可能にする。 その実現のために空間19には監視媒体が充填される。 監視媒体の例えば電気抵抗等の特性の変化はセンサにより監視される。
監視媒体は、搬送媒体と適合する媒体が選択される。

洗浄動作は、洗浄液を側方空間15,16及びポンプ室11
に導入することにより行われる。 洗浄液は洗浄動作中に、搬送媒体と接触したすべての面及び室に接触する。
すなわち、従来技術と異なり、装置を分解することなく、装置を清潔に保つことができる。 これは、この装置においては、搬送流体がポンプ室が漏洩しても、流路の中にあり、流路の外には流出しないことにより達成された性質である。

斜板式ポンプの搬送動作中、側方空間15,16を貫流する際にも連続的に自浄が行われ、これにより搬送媒体の粒子がポンプ内に滞在する時間が制限される。 これにより、劣化しやすく短時間処理を要する媒体の搬送が可能となる。

第２図は、第１図のII−II切断線に沿って切断した部分断面図を示す。 第２図から、側方部分９と10との間に位置するリング６が例えば溝26等の凹部を有し、その中に中間壁22が嵌められていることが分かる。 溝26は、装置の組立のために使われる。 すなわち、リング６は球面状であるので、リング６の中への円形リング12の挿入を容易にするために、まず、円形リング12の面をリング６
の中心軸線と平行にして、この溝26を利用して円形リング12をリング６の球内に挿入する。 その後に、円形リング12の面を約90゜回転させる。 そして球面状の斜板（４）に固定する。 従って、この溝26の幅は少なくとも円形リング12の幅以上でなければならない。 溝26は、ポンプ室11への流入開口27と流出開口28との間に位置する。 溝26と中間壁22とは一直線上に並んで位置する。 斜板４の取付け終了後、中間壁22が取付けられる。 溝26は第１図の密封部材29により閉成される。 密封部材29は中間壁22を静的密封によりケーシングに対して密封する。
密封部材29はリング６に比して僅かに幅が広い。 密封部材29は、側方部分9,10の取付けの際に側方部分9,10により圧縮されるが、密封部材29は非圧縮性なので中間壁22
へ向かってずれ、これにより中間壁22は、揺動中心点２
へ向く力が印加される。 この力により中間壁22は第１と第２の側方部分9,10のポンプ室11に面した側面7,8に押圧される。 これにより中間壁22又はその一部が弾性変形され、これにより静的密封が実現される。

食料品技術で使用することを可能にするために、複数の構成部品の間のすべての静的密封は、そのための公知の実施例に従って形成する。