回転容積式ポンプ

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。