特許 6585382 ねじポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6585382

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】ねじポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04C 2/107 20060101AFI20190919BHJP

   F04C 14/00 20060101ALI20190919BHJP

   F04C 14/06 20060101ALI20190919BHJP

【ＦＩ】

   F04C2/107

   F04C14/00 E

   F04C14/06 A

   F04C14/06 B

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-107427(P2015-107427)

(22)【出願日】2015年5月27日

(65)【公開番号】特開2016-223300(P2016-223300A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2018年4月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】505328085

【氏名又は名称】古河産機システムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(72)【発明者】

【氏名】林元 和智

【審査官】 冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１７５１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０６４９６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ ２／１０７

Ｆ０４Ｃ １４／００

Ｆ０４Ｃ １４／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に支持されるとともに内周面に２条雌ねじを有するアウタロータと、前記アウタロータ内に挿入されるとともに回転可能に支持されて外周面に１条雄ねじを有するインナロータとを備え、前記インナロータとともに前記アウタロータが１／２の回転角度で連れ回り駆動するねじポンプであって、
前記インナロータを回転駆動するインナロータ駆動部と、前記アウタロータを回転駆動するアウタロータ駆動部と、前記アウタロータ駆動部を制御するコントローラとを備え、
前記インナロータ駆動部は、前記インナロータの後部に設けられてインナロータの回転角度を検知する位置検出器を有し、前記アウタロータ駆動部は、前記アウタロータの回転角度を検知するアウタロータ用位置検出器を有しておらず、
前記コントローラは、前記インナロータ駆動部の駆動情報に基づいて、前記アウタロータ駆動部を、前記インナロータの回転数の１／２となる回転数で駆動する回転制御信号と、前記アウタロータの回転抵抗以上且つ前記アウタロータの回転抵抗に前記インナロータと前記アウタロータ間の摩擦抵抗と前記アウタロータの回転に伴い前記アウタロータが受ける搬送流体からの粘性抵抗とを加えた合算抵抗以下の駆動力で駆動する出力制御信号とにより駆動することを特徴とするねじポンプ。

【請求項2】

前記コントローラは、当該ねじポンプの停止時に前記インナロータ駆動部にかかるトルクを位相ずれトルクとして検出する位相ずれトルク検出部と、
前記位相ずれトルクの値に基づいて、当該ねじポンプの停止状態から前記インナロータ駆動部および前記アウタロータ駆動部のうちいずれか一方の駆動部を前記位相ずれトルクが小さくなる方向に所定量だけ駆動する起動位置探査部と、
前記位相ずれトルクがゼロとなったときにそのときの停止位置を前記インナロータ駆動部と前記アウタロータ駆動部の起動位置とする起動位置設定部とを有する請求項１に記載のねじポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、食料原料、化粧品原料、医薬品原料、化学原料などの液や粉体等の搬送流体を定量圧送するねじポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

液や粉体等の搬送流体を定量圧送するねじポンプとしては、例えば一軸偏心ねじポンプが知られている。この種のねじポンプは、ロータリーポンプに比べて圧送時の脈動が少なく、定量精度に優れることから定量圧送の用途に多用されている。
この種のねじポンプとしては、図７に示すように、固定されたステータ１０４にロータ１０２を内装し、そのロータ１０２を、ユニバーサルジョイント１００を介して駆動軸１０３に連結したものが知られている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

ステータ固定型のねじポンプによれば、駆動軸１０３を回転させることにより、ユニバーサルジョイント１００を介してロータ１０２が回転しつつステータ１０４の軸心に対して偏心運動を行うことによって、搬送流体を吸入側Ｕから吐出側Ｄへ定量圧送することができる。
しかし、ステータ固定型のねじポンプは、ロータがステータの軸線を中心として公転する構造なので、駆動軸とロータとの間には自在継手および連結ロッドを介在させる必要がある。そのため、液や粉体を圧送するときは、自在継手と連結ロッドが振れ回るため、自在継手と連結ロッドを配置するスペースが必要となる。したがって、自在継手と連結ロッドの部分の洗浄性が悪く、また、圧送する液が変性を嫌うデリケートな液の場合には、圧送中に液を撹拌して液質を変化させてしまうという問題がある。

【0004】

これに対し、液や粉体を定量圧送するねじポンプとして、図６に示すように、回転可能に支持されたアウタロータ２０４にインナロータ２０２を内装し、アウタロータ２０４がインナロータ２０２の回転に追従回転するアウタロータ従属回転型のねじポンプも知られている（例えば特許文献２参照）。
アウタロータ従属回転型のねじポンプによれば、インナロータ２０２の回転にアウタロータ２０４が追従回転する構造なので自在継手が不要である。また、インナロータを片持ち支持構造としているので洗浄性に優れている。さらに、自在継手が不要なので、自在継手のあるステータ固定型のねじポンプよりも圧送中の液の撹拌も少なくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２５６９１０号公報

【特許文献2】特開２０１４−１７１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記アウタロータ従属回転型のねじポンプは、インナロータの回転にアウタロータを追従回転させる構造なので、ねじポンプの小型化（例えばインナロータ径を１０ｍｍ以下）を図る場合、インナロータとアウタロータ間の摩擦抵抗やアウタロータのシール部や軸受部の回転抵抗により、インナロータの回転にアウタロータがスムーズに追従回転することが困難な場合があり、負荷が過大であればインナロータが破損するおそれがある。

【0007】

インナロータの破損防止対策として、インナロータとアウタロータを完全に同期させて駆動することも考えられるものの、両者を完全に同期させるためには、双方に位置検出器を設けなければならず、コストが嵩み、特に、小型のねじポンプの場合は、アウタロータ側に位置検出器を配設するのはスペース的に困難である。また、完全同期するための制御は複雑となるため、例えばハンチングや制御遅れにより逆に負荷が増大するおそれがある。

【0008】

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、ねじポンプの小型化を図る場合であっても、インナロータの破断を防止または抑制するとともに、インナロータの回転にアウタロータをスムーズに追従回転させ得るねじポンプを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るねじポンプは、ハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に支持されるとともに内周面に２条雌ねじを有するアウタロータと、前記アウタロータ内に挿入されるとともに回転可能に支持されて外周面に１条雄ねじを有するインナロータとを備え、前記インナロータとともに前記アウタロータが１／２の回転角度で連れ回り駆動するねじポンプであって、前記インナロータを回転駆動するインナロータ駆動部と、前記アウタロータを回転駆動するアウタロータ駆動部と、前記アウタロータ駆動部を制御するコントローラとを備え、前記インナロータ駆動部は、前記インナロータの後部に設けられてインナロータの回転角度を検知する位置検出器を有し、前記アウタロータ駆動部は、前記アウタロータの回転角度を検知するアウタロータ用位置検出器を有しておらず、前記コントローラは、前記インナロータ駆動部の駆動情報に基づいて、前記アウタロータ駆動部を、前記インナロータの回転数の１／２となる回転数で駆動する回転制御信号と、前記アウタロータの回転抵抗以上且つ前記アウタロータの回転抵抗に前記インナロータと前記アウタロータ間の摩擦抵抗と前記アウタロータの回転に伴い前記アウタロータが受ける搬送流体からの粘性抵抗とを加えた合算抵抗以下の駆動力で駆動する出力制御信号とにより駆動することを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様に係るねじポンプによれば、インナロータとともにアウタロータが１／２の回転角度で連れ回り駆動する構造なので、インナロータの自在継手を不要とし、省スペース化を実現することができる。
ここで、アウタロータをインナロータに連れ回り駆動させる場合、上述のように、インナロータとアウタロータ相互間の摩擦抵抗やアウタロータのシール部や軸受部等の回転抵抗等によって円滑にアウタロータを連れ回り駆動させることが難しい場合がある。特に、起動時には円滑に立ち上げることが難しい。

【0011】

これに対し、本発明の一態様に係るねじポンプによれば、インナロータを回転駆動するインナロータ駆動部と、アウタロータを回転駆動するアウタロータ駆動部と、インナロータ駆動部およびアウタロータ駆動部を制御するコントローラとを備え、インナロータ駆動部は、インナロータの後部に設けられてインナロータの回転角度を検知する位置検出器を有し、アウタロータ駆動部は、アウタロータの回転角度を検知するアウタロータ用位置検出器を有しておらず、コントローラは、インナロータ駆動部の駆動情報に基づいて、アウタロータ駆動部を、インナロータの回転数の１／２となる回転数で駆動する回転制御信号と、アウタロータの回転抵抗以上且つアウタロータの回転抵抗にインナロータとアウタロータ間の摩擦抵抗とアウタロータの回転に伴いアウタロータが受ける搬送流体からの粘性抵抗とを加えた合算抵抗以下の駆動力で駆動する出力制御信号とにより駆動するので、インナロータとアウタロータ相互間の摩擦抵抗やアウタロータのシール部や軸受部等の回転抵抗をアウタロータ駆動部の回転力（以下、「補助駆動」ともいう）で低減させることができる。つまり、アウタロータ駆動部の補助駆動力で連れ回り駆動を不安定にさせる要因を相殺または低減することができる。よって、ねじポンプの小型化を図る場合でも、インナロータの破断を防止または抑制するとともに、インナロータにアウタロータが円滑に追従回転させることができる。

【0012】

ここで、アウタロータ駆動部の回転力の設定範囲について、下限の設定値をアウタロータの回転抵抗以上とする理由は、アウタロータの回転抵抗は搬送流体の質によらずほぼ一定なので、少なくともアウタロータの回転抵抗以上の回転力を付与することが、インナロータにアウタロータを円滑に追従回転させる上で好ましいからである。また、上限の設定値を、アウタロータの回転抵抗にインナロータとアウタロータ間の摩擦抵抗とアウタロータの回転に伴いアウタロータが受ける搬送流体からの粘性抵抗とを加えた合算抵抗以下とする理由は、インナロータとアウタロータ間の摩擦抵抗とアウタロータ回転に伴うアウタロータの搬送流体からの粘性抵抗は搬送流体の質によって大きく変わるため、その変動分の回転力を加味すれば、インナロータにアウタロータが円滑に追従回転させる上で十分な回転力を付与できるからである。

【0013】

そして、本発明の一態様に係るねじポンプによれば、インナロータ駆動部は、インナロータの後部に設けられてインナロータの回転角度を検知する位置検出器を有し、アウタロータ駆動部は、アウタロータの回転角度を検知するアウタロータ用位置検出器を有しておらず、コントローラは、インナロータ駆動部の駆動情報に基づいて、アウタロータ駆動部を、インナロータの回転数の１／２となる回転数で駆動するとともに、アウタロータ駆動部の出力を、アウタロータの回転抵抗以上且つアウタロータの回転抵抗にインナロータとアウタロータ間の摩擦抵抗とアウタロータの回転に伴いアウタロータが受ける搬送流体からの粘性抵抗とを加えた合算抵抗以下の力で駆動するので、アウタロータ駆動部の位置検出器および同期制御のためのシステムを不要とし、インナロータとアウタロータ相互の完全な同期をとらなくとも、アウタロータ駆動部の構造および制御を簡素化しつつ、インナロータの回転にアウタロータをスムーズに追従回転させることができる。

【0014】

ここで、本発明の一の態様に係るねじポンプにおいて、前記コントローラは、当該ねじポンプの停止時に前記インナロータ駆動部にかかるトルクを位相ずれトルクとして検出する位相ずれトルク検出部と、前記位相ずれトルクの値に基づいて、当該ねじポンプの停止状態から前記インナロータ駆動部および前記アウタロータ駆動部のうちいずれか一方の駆動部を前記位相ずれトルクが小さくなる方向に所定量だけ駆動する起動位置探査部と、前記位相ずれトルクがゼロとなったときにそのときの停止位置を前記インナロータ駆動部と前記アウタロータ駆動部の起動位置とする起動位置設定部とを有することは好ましい。

【0015】

このような構成であれば、ねじポンプの起動位置（回転角のゼロ点）の設定に際し、アウタロータの回転角度を検知する位置検出器を用いることなく、インナロータ駆動部とアウタロータ駆動部の起動時の回転角のゼロ点を位置決めすることができる。よって、インナロータの回転にアウタロータをスムーズに追従回転させる機器構成を簡略化する上で好適であり、また、ねじポンプの起動時に円滑に立ち上げる上で好適である。

【発明の効果】

【0018】

上述のように、本発明によれば、ねじポンプの小型化を図る場合であっても、インナロータの破断を防止または抑制するとともに、インナロータの回転にアウタロータをスムーズに追従回転させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一態様に係るねじポンプの一実施形態である回転容積式のねじポンプを説明する模式図であり、同図は軸線に沿った断面を示している。

【図2】インナロータ駆動部およびアウタロータ駆動部の構成を説明するブロック図である。

【図3】インナロータ駆動部およびアウタロータ駆動部の駆動制御処理のフローチャートである。

【図4】インナロータ駆動部およびアウタロータ駆動部の起動位置設定処理のフローチャートである。

【図5】ねじポンプ停止時における各駆動部の電流値を測定した結果を示す図である。

【図6】アウタロータ従属回転型のねじポンプを説明する模式図であり、同図は要部を軸線に沿った断面で示している。

【図7】ステータ固定型のねじポンプを説明する模式図であり、同図は要部を軸線に沿った断面で示している。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

【0021】

図１に示すように、このねじポンプ１は、モータ４５が内蔵された略円筒状のモータフレーム１０１と、モータフレーム１０の前側端面のフランジ部１０ａに装着されたポンプハウジング２０とを有する。ポンプハウジング２０は、モータフレーム１０に、複数のボルト１１によって着脱可能に固定されている。ポンプハウジング２０とモータフレーム１０との接続部２０ｓは、インロー嵌合になっており、ボルト１１着脱時の軸心位置が容易に再現可能になっている。

【0022】

モータ４５は、サーボモータであって、シャフト４１の外周に、周方向に等配された複数の第一の永久磁石４６が設けられ、第一の永久磁石４６に対して対向方向に隙間を隔ててモータフレーム１０内に第一の電磁コイルである固定子４７が、周方向に離隔して所要の個数が配置されている。モータフレーム１０の後端部には、シャフト４１の後端に、モータ４５の位置検出器５０（回転角度を検知可能なセンサであって、例えば、エンコーダ、レゾルバ）が付設されている。これにより、この例では永久磁石ブラシレスモータがインナロータ駆動部として構成されている。

【0023】

モータフレーム１０内には、モータ４５のシャフト４１が、モータフレーム１０の前後両端で軸受４２、４３によって両持ち状態で軸方向に沿って回転自在に支持されている。シャフト４１は、自身軸方向に沿って単一の内径で同軸に形成されたインナロータ装着穴４１ａを有する。
インナロータ装着穴４１ａには、片持ち構造のインナロータ４０の基端部４０ｊが挿入されている。インナロータ４０は、シャフト４１の後端から固定ボルト４０ｇの締結によってシャフト４１と一体で回転するようにキー４０ｋによって基端部４０ｊがインナロータ装着穴４１ａに固定されている。

【0024】

ポンプハウジング２０は、モータフレーム１０のフランジ部１０ａ側から順に、吸込部２１および本体部２２を有する。吸込部２１には、圧送流体である液または粉体等の搬送流体（輸送物）の吸込口２１ｕが上部に形成されている。本体部２２の吐出側には、吐出口２３ｄを有するアダプタ２３が装着されている。アダプタ２３は、本体部２２の前側端面にねじによって着脱可能に装着されている。そのため、このねじポンプ１は、アダプタ２３の分解組立性に優れている。アダプタ２３は、ねじ込み式の着脱構造により、用途に応じて換装されることで、吐出口２３ｄの形状を変更可能になっている。

【0025】

ここで、このねじポンプ１は、主要な用途として精密部品の生産工程で使用する接着剤の塗布に用いられる。そのため、アダプタ２３の吐出口２３ｄは、軸方向に沿って延びる細径のノズル形状となっている。また、このねじポンプ１は、生産ラインで使用する際に、ロボットアームの先端にも取付けやすいように、モータ４５のシャフト４１の軸線からアダプタ２３の吸込口２１ｕの軸線までが同軸上に配置されるとともに、モータフレーム１０の外周部分を固定可能なように、モータフレーム１０の外周が片側支持可能な円筒形状になっている。なお、接着部品としては、スマートフォン、ソーラパネルの部品や自動車部品などを例示できる。

【0026】

ポンプハウジング２０には、本体部２２内に、雌ねじ状の内面をもつアウタロータ３０と、アウタロータ３０内に雄ねじ状の螺旋部４０ａが内装される上記インナロータ４０とが備えられている。アウタロータ３０は、両端が軸受３１、３２によって本体部２２内に回転自在に支承されている。各軸受３１、３２の外側にはパッキン２６、２７がそれぞれ介装されている。なお、本実施形態のねじポンプ１は、アウタロータ３０を支持する軸受３１、３２に深溝玉軸受を使用しているが、用途として食品への展開がある場合には、軸受３１、３２に無給油のセラミック玉軸受を用いれば、サニタリ性を容易に確保することができる。

【0027】

ここで、このねじポンプ１のインナロータ４０は、螺旋部４０ａの外周面に１条雄ねじを有し、アウタロータ３０は、その内周面に２条雌ねじを有するものである。アウタロータ３０の回転中心軸Ｏとインナロータ４０の回転中心軸Ｐとは、相互の軸心が軸心間距離Ｅだけ離れた平行な２軸でそれぞれ回転可能に支承されている。アウタロータ３０内にインナロータ４０の螺旋部４０ａが差し込まれると、相互の隙間には独立した密閉空間であるキャビティＫが、軸方向の複数個所に搬送部として画成される。

【0028】

このねじポンプ１は、インナロータ４０を回転させることで、アウタロータ３０がインナロータ４０の１／２の回転角度で連れ回るように回転する。このとき、上記キャビティＫの断面積は、インナロータ４０とアウタロータ３０の位置に関わらず一定となる。そのため、吐出量も常に一定になり、時間あたりの吐出量は、インナロータ４０の回転速度に正比例する。

【0029】

このねじポンプ１は、インナロータ４０がアウタロータ３０内で回転すると、これにより、アウタロータ３０がインナロータ４０の１／２の回転角度で連れ回り駆動されてキャビティＫが吐出側へと移動する。そのため、アウタロータ３０とインナロータ４０の接線で吸込側と吐出側を遮断するシールラインが吸込側から吐出側に連続的に移動し、キャビティＫ内に囲い込まれた搬送流体が吐出側に連続的に定量圧送可能になっている。なお、インナロータ４０の回転方向を反転させれば、吸込・吐出の方向を反転することができる。

【0030】

ここで、このねじポンプ１は、駆動機構として、インナロータ４０を駆動する上記モータ４５に加え、図２に示すように、更に、アウタロータ３０を補助的に回転駆動するアウタロータ駆動部３５と、モータ４５およびアウタロータ駆動部３５を制御するコントローラ６０とを備えている。そして、コントローラ６０は、上記モータ４５に設けられた位置検出器５０の位置信号に基づいて、インナロータ４０の回転角度（回転数）の１／２の回転角度（回転数）となる回転制御信号、および所定の回転力となる出力制御信号をそれぞれ生成し、アウタロータ駆動部３５のドライバにこれら制御信号を送りアウタロータ駆動部３５を駆動するようになっている。

【0031】

詳しくは、図１に示すように、ねじポンプ１は、ポンプハウジング２０の本体部２２の内部に、アウタロータ駆動部３５を有する。アウタロータ駆動部３５は、アウタロータ３０の外周に周方向に等配された複数の第二の永久磁石３６と、第二の永久磁石３６の外周面に対向して設けられて周方向に離隔して所要の個数が配置された第二の電磁コイル３７とを有する永久磁石ブラシレスモータである。なお、アウタロータ駆動部３５は、アウタロータ３０の回転角度を検知する位置検出器を有していない。

【0032】

図２に示すように、モータ４５（以下、Ｍ１とも記す）は、固定子４７を制御する第一のドライバ４８（以下、Ｍ１ドライバとも記す）を有し、また、アウタロータ駆動部３５（以下、Ｍ２とも記す）は、固定子３７を制御する第二のドライバ３８（以下、Ｍ２ドライバとも記す）を有する。コントローラ６０は、モータ４５に設けられた位置検出器５０の位置信号、および、各ドライバ３８、４８内部のコンパレータから駆動時の電流値をそれぞれ取得可能である。

【0033】

そして、このねじポンプ１は、上述のように、精密部品の生産工程で使用する接着剤の塗布に用いられるが、ねじポンプ１のコントローラ６０には、接着剤の塗布が必要なときに、当該生産工程を管理する上位コンピュータからの駆動指令が入力される。コントローラ６０は、上位コンピュータから駆動指令が入力されると、図３に示す駆動制御処理を実行するようになっている。

【0034】

コントローラ６０で駆動制御処理が実行されると、図３に示すように、インナロータ駆動部であるモータ４５に対するＭ１駆動制御処理と、アウタロータ駆動部３５に対するＭ２駆動制御処理とが同時並行して実行される。
Ｍ１駆動制御処理では、ステップＳ１１に移行し、モータ４５の位置検出器５０から位置情報（位置信号）を取得してステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、モータ４５の第一のドライバ４８に必要な制御信号を出力してステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、取得された位置情報が駆動指令に応じた目標値に到達しているか否かを判定し、到達していなければ（Ｎｏ）ステップＳ１１に処理を戻し、目標値に到達したならば（Ｙｅｓ）ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、モータ４５を停止して処理を戻す。

【0035】

一方、Ｍ２駆動制御処理では、ステップＳ２１に移行し、モータ４５の位置検出器５０から取得された位置情報（位置信号）に基づき、モータ４５が駆動されたか否かを判定する。つまり、モータ４５が駆動されていれば（Ｙｅｓ）ステップＳ２２に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ２１で待機する。ステップＳ２２では、インナロータ用の位置検出器５０で検知されたモータ４５の回転角度（回転数）に基づいて、アウタロータ３０を補助駆動するために予め設定された制御信号をアウタロータ駆動部３５の第二のドライバ３８に出力する。

【0036】

ここで、上記予め設定された制御信号は、インナロータ４０の回転角度（回転数）の１／２の回転角度（回転数）となる回転制御信号の他、アウタロータ駆動部３５において第二の電磁コイル３７から第二の永久磁石３６に伝達する回転力が、アウタロータ３０の回転抵抗以上であり、アウタロータ３０の回転抵抗にインナロータ４０とアウタロータ３０間の摩擦抵抗とアウタロータ３０の回転に伴いアウタロータ３０が受ける搬送流体からの粘性抵抗とを加えた合算抵抗以下の回転力となる出力制御信号である。

【0037】

続くステップＳ２３では、モータ４５の位置検出器５０から取得された位置情報（位置信号）に基づき、モータ４５が停止されたか否かを判定する。つまり、モータ４５が停止されていれば（Ｙｅｓ）ステップＳ２４に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ２２に処理を戻す。ステップＳ２４では、モータ４５を停止して処理を戻す。

【0038】

さらに、このねじポンプ１のコントローラ６０は、上記駆動制御処理以外の処理として、モータ４５とアウタロータ駆動部３５の起動時の回転角のゼロ点を位置決めするために、図４に示す起動位置設定処理を実行する。起動位置設定処理は、生産工程を管理する上位コンピュータからの駆動指令が入力されていないときに実行される。
コントローラ６０で起動位置設定処理が実行されると、ステップＳ１では、ねじポンプ１が停止状態か否かを判定し、停止状態であれば（Ｙｅｓ）ステップＳ２に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）処理を戻す。ステップＳ２では、モータ４５の第一のドライバ４８のコンパレータから電流値Ｍ１ｅを取得してステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、取得した電流値Ｍ１ｅが、零または零よりも大きい若しくは小さいか否かを判定する。その結果、取得した電流値Ｍ１ｅが、零よりも小さければステップＳ４に移行し、零よりも大きければステップＳ５に移行し、零であればステップＳ６に移行する。

【0039】

ステップＳ４では、取得した電流値Ｍ１ｅが零に近づくように、モータ４５のみを所定量だけ正転方向に駆動してインナロータ４０を微小量だけ正回転させた後にねじポンプ１を停止させてステップＳ２に処理を戻す。なお、このステップＳ４において、アウタロータ駆動部３５のみを所定量だけ逆転方向に駆動してアウタロータ３０を微小量だけ逆回転させてもよい。

【0040】

ステップＳ５では、取得した電流値Ｍ１ｅが零に近づくように、モータ４５のみを所定量だけ逆転方向に駆動してインナロータ４０を微小量だけ逆回転させた後にねじポンプ１を停止させてステップＳ２に処理を戻す。なお、このステップＳ５において、アウタロータ駆動部３５のみを所定量だけ正転方向に駆動してアウタロータ３０を微小量だけ逆回転させてもよい。

【0041】

ステップＳ６では、電流値Ｍ１ｅが零なので、位相ずれトルクがないと判定する。ここで、サーボモータであるモータ４５では、電流値Ｍ１ｅからモータ４５にかかるトルクを推定できることから、電流値Ｍ１ｅに基づき、モータ４５にかかるトルクを位相ずれトルクとして検出することができる。
つまり、電流値Ｍ１ｅが零でなければ（ステップＳ４またはＳ５）位相ずれトルクがあると判定してステップＳ２に処理を戻す一方、電流値Ｍ１ｅが零であれば（ステップＳ６）位相ずれトルクがゼロであると判定し、その位置をモータ４５とアウタロータ駆動部３５の起動時の回転角のゼロ点とし、当該ねじポンプ１の起動位置に設定して処理を戻す。起動位置設定処理にてゼロ点設定を行った後は、駆動制御処理が実行されるまで待機する。

【0042】

なお、上記ステップＳ１〜Ｓ３の処理が、上記課題を解決する手段に記載の、「位相ずれトルク検出部」および「位相ずれトルク検出工程」に対応し、ステップＳ３での判断に基づくステップＳ４およびＳ５の処理が、「起動位置探査部」および「起動位置探査工程」に対応し、ステップＳ３での判断に基づくステップＳ６の処理が、「起動位置設定部」および「起動位置設定工程」に対応している。

【0043】

ここで、上記ステップＳ１〜Ｓ３の処理での電流値Ｍ１ｅの実測結果の一例を図５に示す。同図に示すように、ポンプ停止時のモータ４５の電流値Ｍ１ｅについて、この例では、０．２２Ａの電流値（トルク換算０．７Ｎ・ｍ）がポンプ停止時に、インナロータ４０とアウタロータ３０の位相ズレの力としてサーボモータにかかっている。
よって、取得された電流値Ｍ１ｅが零に近づくようにアウタロータ駆動部３５（またはモータ４５）を微小量だけ駆動し、電流値Ｍ１ｅが零になるまでアウタロータ３０（またはインナロータ４０）を回転させ、電流値Ｍ１ｅが零のときをインナロータ４０とアウタロータ３０のゼロ点（起動位置）としている。

【0044】

次に、上記ねじポンプの動作および作用・効果について説明する。
このねじポンプ１は、インナロータ４０が、駆動軸であるシャフト４１とダイレクトに連結され、モータ４５の駆動によりシャフト４１と同軸上でインナロータ４０が回転するとともに、アウタロータ３０が連れ回り回転するに際し、アウタロータ駆動部３５の駆動により、インナロータ４０の回転角度の１／２の回転角度で補助駆動されることで、インナロータ４０の支持端側の吸込口２１ｕから自由端側の吐出口２３ｄに搬送流体を定量圧送することができる。

【0045】

このねじポンプ１は、インナロータ４０およびアウタロータ３０が共に回転する構造であり、インナロータ４０は、自在継手が不要な片持ち支承構造なので、ポンプハウジング２０とモータフレーム１０の部分を結合する複数のボルト１１を外してポンプハウジング２０をモータフレーム１０から分割し、軸方向の吐出口２３ｄ側にポンプハウジング２０を引けば、ポンプハウジング２０よりも左側の搬送部全体をモータフレーム側から容易に取り外して分割することができる。

【0046】

特に、ポンプハウジング２０の上記分解作業は、インナロータ４０およびアウタロータ３０が共に回転する構造なので、軸方向の吐出口２３ｄに引けば、ロータ相互が回転することにより軸方向にスルスルと簡単に抜けるので、分解作業が極めて容易である。そのため、このねじポンプ１によれば、ポンプハウジング２０の内部洗浄、およびインナロータ４０の螺旋部４０ａの洗浄を容易に効率良く行うことができる。なお、フランジ部１０ａの固定にボルト１１を使用している理由は、当該ねじポンプ１の搬送物に接着剤を想定しているためであり、当該ねじポンプ１を食品用とする場合は、フランジ部１０ａの着脱可能な締結手段としてへルールクランプを用いてもよい。

【0047】

さらに、このねじポンプ１によれば、インナロータ４０を駆動するモータ４５に加え、更に、アウタロータ３０を補助的に回転駆動するアウタロータ駆動部３５を有するので、インナロータ４０がアウタロータ３０を連れ回りさせるための駆動トルクを大幅に軽減することができる。このとき、アウタロータ３０は、インナロータ４０との軸心間距離Ｅだけずれた位置で回転するので、アウタロータ３０がインナロータ４０と完全に同期が取られていなくとも、インナロータの回転の１／２の回転角度で従属回転させることができる。

【0048】

よって、このねじポンプ１によれば、インナロータ４０の破断を効果的に防止または抑制することができる。そして、このねじポンプ１によれば、脈動がほとんどない円滑な圧送を可能としつつも、アウタロータ３０とインナロータ４０との精度の高い同期制御が不要なので、機器構成の簡略化を図ることができ、コストを下げることができる。
すなわち、本実施形態では、インナロータ４０を回転駆動するモータ４５と、アウタロータ３０を回転駆動するアウタロータ駆動部３５と、モータ４５およびアウタロータ駆動部３５を制御するコントローラ６０とを備え、コントローラ６０は、モータ４５を駆動するとともに、モータ４５用の位置検出器５０から取得した位置情報に基づいて、アウタロータ駆動部３５をモータ４５の回転角度の１／２の回転角度で補助駆動させるので、インナロータの回転にアウタロータをよりスムーズに追従回転させることができる。

【0049】

そして、アウタロータ駆動部３５は、コントローラ６０からの回転制御信号と、出力制御信号とに応じて、第二のドライバ３８を介して第二の電磁コイル３７から第二の永久磁石３６にインナロータ４０の１／２の回転角度となる回転力を伝達するので、インナロータ４０とアウタロータ３０間の摩擦抵抗やアウタロータ３０のシール部や軸受部等の回転抵抗を、第二の電磁コイル３７からアウタロータ３０の外周に配置された第二の永久磁石３６に伝達された回転力で相殺して、インナロータ４０の回転の１／２の回転角度でアウタロータ３０をスムーズに追従回転させる上で好適である。

【0050】

さらに、本実施形態では、モータ４５は、モータ４５の後部に設けられたモータ４５用の位置検出器５０を有し、アウタロータ駆動部３５は、アウタロータ３０の回転角度を検知する位置検出器を有しておらず、コントローラ６０は、上記予め設定された制御信号として、モータ４５用の位置検出器５０で検知されたモータ４５の回転角度に基づいて、モータ４５の回転角度の１／２の回転角度になる回転制御信号と、アウタロータ駆動部３５の出力をアウタロータ３０の回転抵抗以上且つアウタロータ３０の回転抵抗にインナロータ４０とアウタロータ３０間の摩擦抵抗とアウタロータ３０の回転に伴いアウタロータ３０が受ける搬送流体からの粘性抵抗とを加えた合算抵抗以下の回転力で駆動する出力制御信号とをアウタロータ駆動部３５に伝達するので、アウタロータ３０の回転角度を検知する位置検出器を用いることなく、インナロータ４０とアウタロータ３０相互の回転角を精度良く同期させることができる。

【0051】

つまり、アウタロータ３０は連れ回りが基本であり、アウタロータ３０に設けられたアウタロータ駆動部３５は、補助動力に過ぎないので、上記構成により、アウタロータ駆動部３５の構成を低コストとしつつ複雑な制御も不要なので、複雑な制御に起因するような弊害も発生しない。よって、補助駆動に係る機器構成の簡略化を図る上でより好適である。

【0052】

以上説明したように、このねじポンプ１によれば、アウタロータ従属回転型のねじポンプにおいては、インナロータ径が１０ｍｍ以下の小型化を図る場合に問題となった、インナロータ４０が破断するという問題を回避するとともに、インナロータ４０にアウタロータ３０を円滑に追従回転させ、脈動の極めて少ない定量精度に優れたねじポンプを安価に提供することができる。

【0053】

特に、本実施形態では、連れ回りするアウタロータ３０に補助動力としてアウタロータ駆動部３５を設け、モータ４５の回転角度の１／２の回転角度になる回転制御信号と、予め設定された出力制御信号とによりアウタロータ駆動部３５を制御し、予め設定された出力制御信号は、アウタロータ駆動部３５が第二の電磁コイル３７から第二の永久磁石３６に伝達する回転力が、アウタロータ３０の回転抵抗以上であってアウタロータ３０の回転抵抗にインナロータ４０とアウタロータ３０間の摩擦抵抗とアウタロータ３０の回転に伴いアウタロータ３０が受ける搬送流体からの粘性抵抗とを加えた合算抵抗以下の回転力となるように設定されているので、アウタロータ駆動部３５のトルク（≒モータの電流値）を、回転負荷による回転力不足分を補う値に設定することができる。これにより、回転角度（回転数）の指令（≒モータのパルス指令）は、単純にインナロータ４０の回転数指令の１／２の回転数指令とし、アウタロータ駆動部３５の回転力が必要十分な値にすることができる。そのため、アウタロータ駆動部３５のフィードバック制御を一切不要として機器構成の簡略化を図りつつも、モータ４５とアウタロータ駆動部３５相互の回転角をより精度良く同期させることができるのである。

【0054】

なお、本発明に係るねじポンプおよびねじポンプの定量圧送方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
例えば、上記実施形態では、インナロータの回転にアウタロータが連れ回り駆動するねじポンプにおいて、完全な同期制御ではなく、連れ回り駆動を円滑にする"補助駆動"を行うねじポンプの一例として、内周面に２条雌ねじを有するアウタロータ３０と、外周面に１条雄ねじを有するインナロータ４０とを備え、インナロータ４０とともにアウタロータ３０が１／２の回転角度で連れ回り駆動可能なねじポンプ１を例に説明したが、これに限定されない。

【0055】

つまり、本発明は、インナロータの回転にアウタロータが連れ回り駆動するねじポンプであれば、内周面に（Ｎ＋１）条雌ねじを有するアウタロータと、外周面にＮ条雄ねじを有するインナロータとを備え、インナロータとともにアウタロータがＮ／（Ｎ＋１）の回転角度で連れ回り駆動するねじポンプ（但し、Ｎは、１〜３のいずれかの自然数である。）に対して、連れ回り駆動を円滑にする"補助駆動"を行うことができる。

【符号の説明】

【0056】

１ ねじポンプ
１０ モータフレーム
１１ ボルト
２０ ポンプハウジング
２１ 吸込部
２１ｕ 吸込口
２２ 本体部
２３ アダプタ
２３ｄ 吐出口
２６、２７ パッキン
３０ アウタロータ
３１、３２ 軸受
３５ モータ（アウタロータ駆動部）
３６ 第二の永久磁石
３７ 固定子（第二の電磁コイル）
３８ 第二のドライバ
４０ インナロータ
４１ シャフト
４２、４３ 軸受
４５ モータ（インナロータ駆動部）
４６ 第一の永久磁石
４７ 固定子（第一の電磁コイル）
４８ 第一のドライバ
５０ 位置検出器
６０ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】