以下、本発明に係るロータ駆動機構、及� ��それを備えるポンプ装置の第1実施形態を、 図1及び図2を参照して説明する。この図1に示 すポンプ装置21は、雄ねじ型ロータ22を自転� �せながら所定の経路に沿って公転移動(偏心� ��動運動)させることができ、これによって、 例えば低粘度から高粘度までのいずれの流体 でも、高流量精度でしかも長寿命で移送した り充填することができるものである。また、 移送することができる流体として、例えば気 体、液体、粉体等の各種流体、及び細粒体を 含む流体等がある。

 このポンプ装置21は、図1に示すように、� ��軸偏心ねじポンプ23、公転用速度制御駆動� �24、ロータ公転駆動機構25、自転用速度制御� ��動部26、ロータ自転駆動機構27、及び公転軸 の軸封構造28を備えている。

 一軸偏心ねじポンプ23は、図2に示すよう� ��、回転容積型ポンプであり、雌ねじ型ステ� ��タ29と雄ねじ型ロータ22とを備えている。

 ステータ29は、図2に示すように、例えば2 条の雌ねじ形状の内孔29aを有する略短円筒形 に形成され、この内孔29aの縦断面形状が長円 であって、例えばテフロン(登録商標)、ポリ� ��セタール、キャストナイロン等のエンジニ� ��リングプラスチックで形成されている。そ� ��て、ステータ29は、後端部がポンプケーシ� �グ30内に装着され、先端部にノズル31が取り� ��けられており、この状態で、ソケット32を� �してナット33でポンプケーシング30に取り付� ��られている。

 ノズル31には、図2に示すように、第1開口 部34が形成され、ポンプケーシング30に第2開� ��部35が形成されている。第1開口部34は、吐� �口及び吸込み口として使用することができ� �第2開口部35は、吸込み口及び吐出口として� �用することができる。この第1開口部34は、� �テータ29に形成されている内孔29aの先端側開 口部と連通しており、第2開口部35は、その内 孔29aの後端側開口部と連通している。

 ロータ22は、図2に示すように、例えば1条 の雄ねじ形状に形成され、縦断面形状が略真 円であり、螺旋形状のピッチは、ステータ内 孔29aのピッチの1/2に設定されている。そして 、ロータ22は、例えばステンレス等の金属製� ��あり、ステータ29の内孔29aに嵌挿されてい� �。また、ロータ22の後端部は、ロータ公転駆 動機構25の公転軸36と結合している。

 ロータ公転駆動機構25は、図2に示すよう� ��、偏心支持部37を備えている。この偏心支� �部37は、短円筒形状に形成され、ポンプケー シング30及び中間ケーシング38に軸受39、39を� ��して回動自在に設けられ、公転用速度制御� ��動部24によって回転駆動される。この偏心� �持部37の回転の中心軸Oは、ステータ内孔29a� �中心軸Oと一致している。この偏心支持部37� �に公転軸36が配置されている。

 公転軸36は、図2に示すように、偏心支持� ��37内にその中心軸Oに対して偏心する位置で� ��軸受40、40を介して自転自在に偏心支持部37� ��設けられている。この公転軸36の自転の中� �軸はAであり、中心軸OとAは、eだけ偏心して� ��る。なお、図2に示す41は、第1外スリーブで あり、42は、内スリーブである。

 公転用速度制御駆動部24は、図2に示す偏� ��支持部37及び公転軸36を介してロータ22を公� ��移動させるためのものであって、中空型の� ��ーボモータ、ステッピングモータ等の電気� ��速度制御モータであり、同図に示すように� ��回転子24aと固定子24bとを備えている。回転� ��24aは、第1外スリーブ41の外周部に固定して� ��けられており、固定子24bは、ポンプケーシ� ��グ30と中間ケーシング38との間に設けられて いる。この公転用速度制御駆動部24によって� ��偏心支持部37が正転方向又は逆転方向に回� �駆動されると、この回転が公転軸36を介して ロータ22に伝達され、これによって、ロータ2 2がステータ内孔29aの中心軸Oの周りを所定の� ��定された角速度及び位相で公転移動するよ� ��になっている。

 ロータ自転駆動機構27は、図1に示すよう� ��、第2外スリーブ43を備えている。この第2外 スリーブ43は、短円筒形状に形成され、中間� ��ーシング38及びエンドケーシング44に軸受45� ��45を介して回動自在に設けられ、自転用速� �制御駆動部26によって回転駆動される。この 第2外スリーブ43の回転の中心軸Oは、ステー� �内孔29aの中心軸O、及び第1外スリーブ41(偏心 支持部37)の回転の中心軸Oと一致している。� �の第2外スリーブ43内に自転軸46が固定して取 り付けられている。

 自転軸46は、図1に示すように、第2外スリ ーブ43内にその中心軸Oと同軸上に設けられて いる。この自転軸46の先端部と公転軸36の後� �部は、例えばフレキシブルジョイント等の� �力伝達部47を介して連結している。このフレ キシブルジョイントは、例えば合成樹脂製の 可撓性棒状体で形成されている。

 自転用速度制御駆動部26は、図1に示す第2 外スリーブ43、自転軸46、動力伝達部47、及び 公転軸36を介してロータ22を自転させるため� �ものであって、中空型のサーボモータ、ス� �ッピングモータ等の電気式速度制御モータ� �あり、同図に示すように、回転子26aと固定� �26bとを備えている。回転子26aは、第2外スリ� ��ブ43の外周部に固定して設けられており、� �定子26bは、中間ケーシング38とエンドケーシ ング44との間に設けられている。この自転用� ��度制御駆動部26によって、第2外スリーブ43� �正転方向又は逆転方向に回転駆動されると� �その回転が自転軸46、動力伝達部47、及び公� ��軸36を介してロータ22に伝達され、これによ って、ロータ22が中心軸Aを中心にして、所定 の設定された回転速度及び位相で自転するよ うになっている。

 公転軸の軸封構造28は、図2に示すように� ��偏心回動運動する公転軸36の外周面と、こ� �公転軸36が偏心回動運動自在に収容されてい る収容空間48を形成するポンプケーシング30� �内周面との間を封止するものであり、この� �転軸の軸封構造28が設けられている箇所は、 公転軸36の雄ねじ型ロータ22側の端部である� �

 この公転軸の軸封構造28は、公転軸36の端 部が回動自在に挿通する挿通孔49aを有する環 状連結部49を備え、公転軸36の端部の外周面� �環状連結部49の内周面との間に形成されてい る隙間がシール部50によって封止されている� ��つまり、シール部50は、図2に示すように、� ��転軸36の端部の外周面と摺動自在に当接す� �と共に、環状連結部49の端面と摺動自在に当 接し、これらの当接部分を封止している。

 そして、環状連結部49の外周面と、ポン� �ケーシング30の内周面との間に形成されてい る隙間がダイアフラム51によって封止されて� ��る。そして、環状連結部49は、軸受52を介し て回動自在に公転軸36の端部に取り付けられ� ��いる。

 図2に示す公転軸の軸封構造28によると、� ��転軸36の端部が偏心回動運動して公転移動� �ると、その公転軸36端部の公転移動に対して ダイアフラム51が自由に変形するので、公転� ��36の端部と、収容空間48を形成するポンプケ ーシング30の内周面との間を、極めて簡単な� ��成で確実に封止することができる。

 従って、この公転軸の軸封構造28によれ� �、ポンプ装置21内の流体を比較的狭い収容空 間48内に封止することができ、これによって� ��ンプ装置21の洗浄の簡単化を図ることがで� �るし、ポンプ装置21内に滞留する流体量を低 減させることができる。

 そして、自転する公転軸36の端部の外周� �と、環状連結部49の内周面との間に形成され ている円環状の隙間をシール部50によって封� ��することができる。このようにして、一軸� ��心ねじポンプ23によって移送される移送流� �がロータ公転駆動機構25及び公転用速度制御 駆動部24側に進入すること、及びロータ公転� ��動機構25内の例えば潤滑剤がステータ29内に 進入することを防止できる。

 次に、図1及び図2に示すロータ駆動機構53 を備えるポンプ装置21を使用して、移送流体� ��移送するときの作用を説明する。このポン� ��装置21の自転用速度制御駆動部26を駆動する ことによって、雄ねじ型ロータ22を適切な回� ��速度及び位相に制御して自転させることが� ��きる。そしてそれと共に、公転用速度制御� ��動部24を駆動することによって雄ねじ型ロ� �タ22を適切な角速度及び位相に制御して公転 移動させることができる。このようにして、 ロータ22が中心軸O(ステータ29の内孔29a)の周� �を、所定の一定経路に沿って所望の角速度� �び位相で公転移動しながら、所望の回転速� �及び位相で自転する偏心回動運動を行わせ� �ことができる。この偏心回動運動として、� �えばロータ22が正転方向に公転を1回転する� �、逆転方向に自転を1回転するようになって� ��る。

 そして、このロータ22の偏心回動運動に� �って、ロータ22の外面と、ステータ内孔29aの 内面とで形成される空間が、例えば第2開口� �35側から第1開口部34側に向かって移動するの で、移送流体をその方向に移送することがで きる。これによって、移送流体を第2開口部35 から吸い込んで第1開口部34から吐出すること ができる。そして、自転用速度制御駆動部26� ��び公転用速度制御駆動部24を逆転させるこ� �によって、移送流体を第1開口部34から吸い� �んで第2開口部35から吐出することができる� �

 また、自転用及び公転用速度制御駆動部2 6、24によって、ロータ22の自転位置及び公転� ��置の位置関係(それぞれの位相)を調整する� �共に、これら自転用及び公転用速度制御駆� �部26、24を所望の回転速度で駆動することに� ��って、ロータ22を所望の経路に沿って偏心� �動運動させることができる。これによって� �ロータ22の外面と、ステータ29の内孔29aを形� ��する内面とが互いに接触しないように、又� ��両者が適切な接触圧で接触するように、ロ� ��タ22及びステータ29の内孔29aを形成すること ができる。

 ところで、上記ロータ22及びステータ29を 使用すると共に、ロータ22の自転位置及び公� ��位置の位置関係を調整して、ロータ22の外� �と、ステータ内孔29aの内面とが互いに接触� �ないように、又は両者が適切な接触圧で接� �するようにロータ22を所望の経路に沿って偏 心回動運動させるように、このポンプ装置21� ��設定する方法として、例えば自転用及び公� ��用速度制御駆動部26、24を駆動したときに、 それぞれの駆動部に掛かる負荷トルクを検出 して、それぞれの負荷トルクが最も小さくな るように、又は適切な負荷トルクとなるよう に、自転用及び公転用速度制御駆動部26、24� �それぞれの回転子26a、24aの回転速度及び位� �を選択して、その選択した回転速度及び位� �をこのポンプ装置21に設定する方法がある。

 更に、図1に示すロータ駆動機構53による� ��、自転用速度制御駆動部26及び公転用速度� �御駆動部24によって、雄ねじ型ロータ22を適� ��な速度及び位相に制御して自転させながら� ��転移動させる偏心回動運動を行わせること� ��できる構成としたので、ロータ22を偏心回� �運動させるための歯車を不要としたり、歯� �の数を少なくすることができる。これによ� �て、ロータ22を高速で偏心回動運動させても 、このロータ駆動機構53が発熱して高温とな� ��たり、比較的大きな振動を発生することを� ��止できる。

 そして、ロータ22の自転運動及び公転運� �を、それぞれ別々の自転用速度制御駆動部26 及び公転用速度制御駆動部24によって行わせ� ��構成としたので、ロータ22の自転位置と公� �位置との位置関係(それぞれの位相)を自由に 調整することができる。従って、例えばロー タ22の外面と、ステータ内孔29aの内面とが互� ��に接触しないように、ロータ22を所望の一� �経路に沿って偏心回動運動させることがで� �る。

 つまり、例えば細粒体を含む流体を移送� ��る場合は、細粒体をロータ22とステータ29内 面とによってすり潰さないように両者を形成 することができ、これによって、細粒体の原 形を保った状態でこの移送流体を移送できる ようにすることができる。この細粒体は、例 えば比較的軟質の粉粒状体、カプセル状体、 嚢状体である。

 また、両者が接触する場合に発生するよ� ��な磨耗粉が移送流体中に混入することがな� ��し、両者の摩擦による騒音も発生しない。� ��た、移送流体の性状(例えばび細粒体やスラ リーを含む流体)に応じて、ロータ22及びステ ータ29の外周面と内周面との隙間を適切な寸� ��に設定することができ、これによって、種� ��の性状の流体に応じて、高流量精度、低脈� ��、及び長寿命で移送したり充填できるよう� ��することができる。更に、ロータ22及びス� �ータ29を、それぞれが互いに非接触の状態で 回転させることができるので、低いトルクで ロータ22を比較的高速で回転させることがで� ��、比較的大きい移送能力を得ることができ� ��。

 勿論、ステータ内孔29aの内面と、ロータ2 2の外面とが適切な接触圧で接触するように� �成してロータ22を回転させることによって、 ポンプ装置21による移送流体の移送効率を高� ��することができる。

 更に、図1に示すように、自転軸46と公転� ��36は、それぞれの回転の中心軸OとAが互いに 一致していないが、自転軸46の回転動力を、� ��力伝達部47を介して公転軸36に伝達すること ができる。この動力伝達部47としてフレキシ� ��ルジョイントを使用することによって、動� ��伝達部47の構造を簡単で軽量にすることが� �きる。

 そして、図1に示すように、自転用速度制 御駆動部26及び公転用速度制御駆動部24とし� �、それぞれ電気式サーボモータを使用する� �とによって、ロータ22の自転及び公転移動の それぞれの速度及び位相の制御を簡単で正確 に行うことができる。これによって、ロータ 22の外面と、ステータ29の内孔29aを形成する� �面とが互いに接触しないように、又は両者� �適切な接触圧で接触するように正確に調整� �たり変更することができる。また、中空型� �サーボモータを使用することによって、ロ� �タ自転駆動機構27及びロータ公転駆動機構25� ��、それぞれと対応する自転用速度制御駆動� ��26及び公転用速度制御駆動部24の内側に収容 することができ、このポンプ装置21の構造を� ��単に、しかもコンパクトにすることができ� ��。

 次に、本発明に係るロータ駆動機構、及� ��それを備えるポンプ装置の第2実施形態を、 図3を参照して説明する。この図3に示す第2実 施形態のポンプ装置54と、図1に示す第1実施� �態のポンプ装置21とが相違するところは、自 転用速度制御駆動部55、26、ロータ自転駆動� �構56、27、及び動力伝達部57、47が相違すると ころである。これ以外は、第1実施形態のポ� �プ装置21と同等であり、同等部分を同一の図 面符号で示し、それら同等部分の説明を省略 する。

 自転用速度制御駆動部55は、図3に示すよ� ��に、中空でないサーボモータ、ステッピン� ��モータ等の電気式速度制御モータであり、� ��間ケーシング38の端部に取り付けられてい� �。この自転用速度制御駆動部55が備える減速 機58の回転軸が自転軸46として使用されてい� �。従って、ロータ自転駆動機構56は、この自 転軸46である。

 動力伝達部57は、図3に示すように、従来� ��知のオルダム継手が使用されている。この� ��力伝達部57は、第1実施例と同様に、自転軸4 6の回転を、この自転軸46と偏心して設けられ ている公転軸36に伝達して、公転軸36を自転� �せることができるものである。このオルダ� �継手である動力伝達部57は、駆動側部57a、中 間部57b、及び従動側部57cを備えており、駆動 側部57aは、連結部材59を介してこの自転軸46� �結合している。この連結部材59は、短筒形状 であり、自転軸46に装着されて結合している� ��そして、従動側部57cは、公転軸36と結合し� �おり、中間部57bは、駆動側部57aと中間部57b� �を互いに連結させている。

 この図3に示す第2実施形態のポンプ装置54 によると、第1実施形態と同様に、自転用速� �制御駆動部55及び公転用速度制御駆動部24を� ��えば正転方向(又は逆転方向)に駆動させる� �とによって、移送流体を第2開口部35(又は第1 開口部34)から吸い込んで第1開口部34(又は第2� ��口部35)から吐出することができる。

 そして、動力伝達部57としてオルダム継� �を使用することによって、自転軸46と公転軸 36の自転の同期誤差を小さくすることができ� ��これによって、ロータ22の偏心回動運動に� �ける自転位置と公転位置を、予め定めた位� �関係(予め定めた位相の関係)に精度よく一致 させることができる。その結果、ロータ22の� ��面と、ステータ29の内孔29aを形成する内面� �が予め定めた隙間を隔てて互いに接触しな� �ように、又は両者が適切な接触圧で接触す� �ように、正確にロータ22を偏心回動運動させ ることができる。

 次に、本発明に係るロータ駆動機構、及� ��それを備えるポンプ装置の第3実施形態を、 図4及び図5を参照して説明する。この図4に示 す第3実施形態のポンプ装置61と、図1に示す� �1実施形態のポンプ装置21とが相違するとこ� �は、自転用速度制御駆動部55、26、ロータ自� ��駆動機構56、27、公転用速度制御駆動部62、2 4、及びロータ公転駆動機構63、25が相違する� ��ころである。これ以外は、第1実施形態のポ ンプ装置21と同等であり、同等部分を同一の� ��面符号で示し、それら同等部分の説明を省� ��する。

 自転用速度制御駆動部55は、図4に示すよ� ��に、第2実施形態の自転用速度制御駆動部55� ��同等のものであって、中空型でないサーボ� ��ータ等の電気式速度制御モータであり、中� ��ケーシング38の端部に取り付けられている� �この自転用速度制御駆動部55が備える減速機 58の回転軸が自転軸46として使用されており� �ロータ自転駆動機構56は、この自転軸46であ� ��。そして、自転軸46は、連結部材59が装着さ れており、この連結部材59を介して動力伝達� ��47の右側端部と連結している。

 公転用速度制御駆動部62は、図4に示すこ� ��第3実施形態の自転用速度制御駆動部55と同� ��のものであって、中空型でないサーボモー� ��等の電気式速度制御モータであり、中間ケ� ��シング38の端部に自転用速度制御駆動部55と 並列して取り付けられている。

 次に、図4に示すロータ公転駆動機構63を� ��明する。この図4に示す第3実施形態のロー� �公転駆動機構63と、図1に示す第1実施形態の� ��ータ公転駆動機構25とが相違するところは� �図1に示す第1実施形態のロータ公転駆動機構 25では、偏心支持部37の外周面に公転用速度� �御駆動部24の回転子24aを直接に取り付けてあ り、この回転子24aの回転によって直接に偏心 支持部37を回転させる構成であるのに対して� ��図4に示す第3実施形態のロータ公転駆動機� �63では、公転用速度制御駆動部62の回転軸64� �回転を、一対の第1及び第2タイミングプーリ (歯付きプーリ)65、66、並びにタイミングベル ト(歯付き環状ベルト)67を介して偏心支持部37 に伝達することによって、偏心支持部37を回� ��させる構成としたところである。

 つまり、図4に示すように、偏心支持部37� ��、その右側端部が回動自在に軸受68を介し� �連結部材59(自転軸46)によって支持されてい� �と共に、その右側端部に第1タイミングプー� ��65が取り付けられている。そして、公転用� �度制御駆動部62の回転軸64に第2タイミングプ ーリ66が取り付けられ、これら一対の第1及び 第2タイミングプーリ65、66にタイミングベル� ��67が掛けられている。

 この図4に示す第3実施形態のポンプ装置61 によると、自転用速度制御駆動部55が駆動し� ��自転軸46が回転すると、その回転が動力伝� �部47及び公転軸36を介してロータ22に伝達さ� �て、ロータ22が自転する。そして、公転用速 度制御駆動部62が駆動して回転軸64が回転す� �と、その回転が第1及び第2タイミングプーリ 65、66、並びにタイミングベルト67を介して偏 心支持部37に伝達されて、偏心支持部37が回� �する。そして、偏心支持部37が回転すると、 公転軸36が公転移動するので、公転軸36が自� �しながら公転移動する偏心回動運動を行う� �とができる。これによって、ロータ22が所望 の一定の経路に沿って偏心回動運動を行う。 従って、第1実施形態と同様に、移送流体を� �2開口部35(又は第1開口部34)から吸い込んで第 1開口部34(又は第2開口部35)から吐出すること� ��できる。

 次に、本発明に係るロータ駆動機構、及� ��それを備えるポンプ装置の第4実施形態を、 図6を参照して説明する。この図6に示す第4実 施形態のポンプ装置70と、図4に示す第3実施� �態のポンプ装置61とが相違するところは、動 力伝達部57、47が相違するところである。こ� �以外は、第3実施形態のポンプ装置61と同等� �あり、同等部分を同一の図面符号で示し、� �れら同等部分の説明を省略する。

 この図6に示す第4実施形態のポンプ装置70 が備える動力伝達部57は、オルダム継手であ� ��、図3に示す第2実施形態のポンプ装置54が備 える動力伝達部57と同等のものである。この� ��力伝達部57は、図6に示すように、自転軸46� �回転を、この自転軸46と偏心して設けられて いる公転軸36に対して伝達して、公転軸36を� �転させることができるものである。このオ� �ダム継手である動力伝達部57は、駆動側部57a 、中間部57b、及び従動側部57cを備えており、 駆動側部57aは、連結部材59を介して自転軸46� �結合している。そして、従動側部57cは、公� �軸36と結合しており、中間部57bは、駆動側部 57aと中間部57bとを互いに連結させている。

 この図6に示す第4実施形態のポンプ装置70 によると、第1実施形態と同様に、自転用速� �制御駆動部55及び公転用速度制御駆動部62を� ��えば正転方向(又は逆転方向)に駆動させる� �とによって、移送流体を第2開口部35(又は第1 開口部34)から吸い込んで第1開口部34(又は第2� ��口部35)から吐出することができる。

 ただし、第1~第4実施形態のポンプ装置21� �54、61、70は、図1~図6に示すロータ22の外周面 と、ステータ内孔29aの内周面とを非接触の状 態で、又は所定の強さで互いに接触させた状 態で、ロータ22を自転させながら公転移動さ� ��ることができるが、ロータ22の外周面と、� �テータ内孔29aの内周面とを所定の強さで互� �に接触させた状態で、ロータ22を偏心回動運 動させる場合は、ステータ内孔29aの互いに平 行する一方の平行内面とロータ22とが互いに� ��定の適切な強さで接触し、ステータ内孔29a� ��互いに平行する他方の平行内面とロータ22� �が互いに接触しないように、ロータ22を自転 させながら公転移動させてもよい。このよう にしても、流体を高流量精度、低脈動、しか も長寿命で移送したり充填することができる 。

 また、第1~第4実施形態のポンプ装置21、54 、61、70は、ロータ22を一定速度で偏心回動運 動させることによって、流体を低脈動で移送 するようにしたが、これに代えて、ロータ22� ��偏心回動速度を周期的に変更することによ� ��て、移送流体を所望の周期及び強さで脈動� ��せて移送することができる。

 更に、第1~第4実施形態のポンプ装置21、54 、61、70では、ステータ29をテフロン(登録商� �)等のエンジニアリングプラスチックで形成� ��たが、これ以外の例えば合成ゴムや金属で� ��成してもよい。そして、ロータ22を、例え� �テフロン(登録商標)等のエンジニアリングプ ラスチックで形成してもよい。