(57)【要約】【課題】多段化に好適な、ねじポンプを提供する。【解決手段】このねじポンプ１０Ａは、インナロータ部１と、インナロータ部１と共に連れ回りするアウタロータ部２と、を備えている。アウタロータ部２は、複数の単体アウタロータ２１、２２から構成された多連アウタロータ２０を有する。隣り合う単体アウタロータ２１、２２相互は、各単体アウタロータ２１、２２それぞれがインナロータ部１に従属回転するようにアウタロータ支持部３０、３１に軸受１７、４７を介して回転自在に支持されるとともに、相互の連結部分の内圧を保持するシール４３が装着された状態で連結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ねじ状の螺旋部を有するインナロータ部と、該インナロータ部と共に連れ回りする雌ねじ状の螺旋部を有するアウタロータ部と、を備えるねじポンプであって、
前記アウタロータ部は、前記インナロータ部と共に回転するように軸受で回転自在に支持された複数の単体アウタロータと、隣り合う単体アウタロータ間の対向部分の内圧を保持する内圧保持シールが装着された状態で隣り合う単体アウタロータ相互を連結する単体アウタロータ連結部と、を有する多連アウタロータを備えることを特徴とするねじポンプ。
【請求項２】
前記隣り合う単体アウタロータ相互は、隣り合う単体アウタロータ間に、前記雌ねじ状の螺旋部が軸方向に離隔した連結空間を有しない当接状態で配置されている請求項１に記載のねじポンプ。
【請求項３】
前記単体アウタロータは、円筒状のアウタロータ外筒と、該アウタロータ外筒内に設けられて前記雌ねじ状の螺旋部を構成するアウタロータ内筒と、を有し、
前記単体アウタロータ連結部は、隣り合うアウタロータ外筒の外周面相互を跨ぐように装着される円筒状の連結カラーを有するとともに、前記内圧保持シールが、該連結カラーの内周面と各アウタロータ外筒の外周面それぞれとの間の二箇所の位置に介装されている請求項２に記載のねじポンプ。
【請求項４】
前記隣り合う単体アウタロータ相互は、隣り合う単体アウタロータ間に、前記雌ねじ状の螺旋部が軸方向に離隔した連結空間を有する離隔状態で配置され、前記内圧保持シールは、前記連結空間の内圧を保持するように装着されている請求項１に記載のねじポンプ。
【請求項５】
前記単体アウタロータは、円筒状のアウタロータ外筒と、該アウタロータ外筒内に設けられて前記雌ねじ状の螺旋部を構成するアウタロータ内筒と、を有し、
前記単体アウタロータ連結部は、隣り合うアウタロータ外筒相互の端部が、前記連結空間にて前後するように張り出しており、
前記内圧保持シールは、互いに前後するアウタロータ外筒の端部相互の間に介装されている請求項４に記載のねじポンプ。
【請求項６】
前記単体アウタロータ連結部は、前記隣り合う単体アウタロータ間には、前記アウタロータ外筒が前記連結空間に張り出している部分に、液はり注入口およびエア抜きが設けられており、
前記液はり注入口から液を運転前に予め注入して、前記連結空間に内在するエアを前記エア抜きから外部に排出可能に構成されている請求項５に記載のねじポンプ。
【請求項７】
前記インナロータ部は、その雄ねじ状の螺旋部が２条以上の多条雄ねじを有するとともに、前記アウタロータ部は、その雌ねじ状の螺旋部が前記インナロータ部の条数＋１の条数の多条雌ねじを有し、
さらに、前記インナロータ部は、複数の単体インナロータを有して構成されるとともに、隣り合う単体インナロータが、単体インナロータ相互の対向する端部に設けられた単体インナロータ結合部によって相互に結合されている請求項１〜６のいずれか一項に記載のねじポンプ。
【請求項８】
前記インナロータ部は、その雄ねじ状の螺旋部が２条以上の多条雄ねじを有するとともに、前記アウタロータ部は、その雌ねじ状の螺旋部が前記インナロータ部の条数＋１の条数の多条雌ねじを有し、
前記インナロータ部は、自身の先端部に、軸受で支承された支軸部を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載のねじポンプ。
【請求項９】
流体モータ部と、該流体モータ部の下部に設けられた動力伝達部と、該動力伝達部の下部に設けられた駆動軸支持部とを備えるダウンホールモータであって、
前記流体モータ部が、請求項１〜８のいずれか一項に記載のねじポンプを有することを特徴とするダウンホールモータ。
【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、化学原料などの液を定量圧送するねじポンプおよびその機構を用いる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液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、固定されたステータにロータを内装し、そのロータを、ユニバーサルジョイントを介して駆動軸に連結したものが知られている（例えば特許文献１参照）。ステータ固定型のねじポンプによれば、駆動軸を回転させることにより、ユニバーサルジョイントを介してロータが回転しつつステータの軸心に対して偏心運動を行うことによって、圧送液を吸入側から吐出側へ定量圧送することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
ここで、ステータ固定型のねじポンプは、駆動軸とロータとの間に自在継手および連結ロッドを介在させ、ロータがステータの軸線を中心として公転する構造となっている。これに対し、液を定量圧送するねじポンプとして、回転可能に支持されたアウタロータにインナロータを内装し、アウタロータがインナロータ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、インナロータの回転にアウタロータが追従回転する構造なので自在継手が不要である。
【０００５】
しかしながら、従来のステータ固定型およびアウタロータ従属回転型のいずれのねじポンプにおいても、アウタロータおよびインナロータともに、螺旋状のねじ機構部分は、一体形成された部品で構成されている。
そのため、ねじポンプを高圧仕様にするために、螺旋状のねじ機構部分を多段化する場合、段数が多くなればなるほどアウタロータを製作するための金型が大型化するという問題がある。また、アウタロータを製作するために、大型の特殊なモールドマシンが必要となるという問題がある。
【０００６】
さらに、インナロータを加工するために大型の特殊な切削機械を必要とするという問題がある。また、大型の切削機械やモールドマシンにも現存のものには限界があり、それがねじポンプの多段高圧化の障壁となっている。
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って、多段化に好適なねじポンプおよびその機構を用いる技術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】
【０００７】
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、雄ねじ状の螺旋部を有するインナロータ部と、該インナロータ部と共に連れ回りする雌ねじ状の螺旋部を有するアウタロータ部と、を備えるねじポンプであって、前記アウタロータ部は、前記インナロータ部と共に回転するように軸受で回転自在に支持された複数の単体アウタロータと、隣り合う単体アウタロータが相互に対向する部分の内圧を保持する内圧保持シールが装着された状態で隣り合う単体アウタロータ相互を連結する単体アウタロータ連結部と、を有する多連アウタロータを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様に係るねじポンプによれば、多連アウタロータは、各単体アウタロータがインナロータ部と共に回転するように軸受で回転自在に支持されており、単体アウタロータ連結部は、隣り合う単体アウタロータ間に内圧を保持する内圧保持シールが装着された状態で隣り合う単体アウタロータ相互を連結しているので、各単体アウタロータとして、汎用設備で製作可能な段数の少ないアウタロータを用いてねじポンプを多段化できる。そのため、ねじポンプを高圧仕様にするために、切削機械やモールドマシンの大型化の限界による多段化障壁を超えたねじポンプの多段化が可能となる。
【０００９】
ここで、油層探鉱産業や深海の鉱物資源採鉱において、地面にドリルで穴を開けるための掘削ビットを駆動するために、ダウンホールモータが用いられる。この種のダウンホールモータでは、一軸偏心ねじポンプの作動原理の逆作動により掘削ビットを回転駆動する駆動方式が採用されている。そこで、上述した本発明の一態様に係るねじポンプの機構を用いてダウンホールモータを構成し、掘削ビットを駆動させることができる。
【００１０】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るダウンホールモータは、流体モータ部と、該流体モータ部の下部に設けられた動力伝達部と、該動力伝達部の下部に設けられた駆動軸支持部とを備えるダウンホールモータであって、前記流体モータ部が、本発明のいずれか一の態様に係るねじポンプを有することを特徴とする。
本発明の一態様に係るダウンホールモータによれば、流体モータ部が、本発明のいずれか一の態様に係るねじポンプを有するので、多段化に好適なねじポンプ機構を用いて掘削ビットを駆動させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
上述のように、本発明によれば、多段化に好適なねじポンプおよびその機構を用いる技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様に係るねじポンプの第一実施形態の説明図であり、同図（ａ）は軸線に沿った模式的断面図、（ｂ）は同図（ａ）での単体アウタロータ連結部（符号Ｘ部分）の拡大図である。
【図２】本発明の一態様に係るねじポンプの第二実施形態の説明図であり、同図（ａ）は軸線に沿った模式的断面図、（ｂ）は同図（ａ）での単体アウタロータ連結部（符号Ｘ１（＝Ｘ２＝Ｘ３）部分）の拡大図である。
【図３】本発明の一態様に係るねじポンプの第三実施形態の説明図であり、同図（ａ）は軸線に沿った模式的断面図、（ｂ）は同図（ａ）での単体アウタロータ連結部（符号Ｘ１（＝Ｘ２＝Ｘ３）部分）の拡大図である。
【図４】本発明の一態様に係るねじポンプの第四実施形態の説明図であり、同図は軸線に沿った模式的断面図を示している。
【図５】本発明の一態様に係るねじポンプの第五実施形態の説明図であり、同図は軸線に沿った模式的断面図を示している。
【図６】本発明の一態様に係るねじポンプの第六実施形態の説明図であり、同図（ａ）は軸線に沿った模式的断面図、（ｂ）は同図（ａ）でのＸ部分の拡大図である。
【図７】本発明の一態様に係るねじポンプの第七実施形態の説明図であり、同図（ａ）は軸線に沿った模式的断面図、（ｂ）は同図（ａ）でのＹ部分の拡大図である。
【図８】本発明の一態様に係るねじポンプを流体モータ部に用いたダウンホールモータの一実施形態の説明図であり、同図は軸線に沿った模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態のねじポンプ１０Ａを軸線に沿った平面で切断した模式的断面図である。同図に示すように、このねじポンプ１０Ａは、雄ねじ状の螺旋部１ａを有するインナロータ部１と、インナロータ部１と共に連れ回りする雌ねじ状の螺旋部２ａを有するアウタロータ部２と、を有する多連ねじポンプ部Ｐを備える。
第一実施形態の多連ねじポンプ部Ｐは、アウタロータ部２がインナロータ部２に従属回転するように、端部軸受１７および連結部軸受４７で回転自在に支持された複数（この例では二つ）の単体アウタロータ２１，２２を有する多連アウタロータ２０を備えて構成される。
【００１５】
第一実施形態の多連アウタロータ２０は、隣り合う単体アウタロータ２１，２２相互が、単体アウタロータ連結部Ｃにて連結されている。第一実施形態の単体アウタロータ連結部Ｃは、隣り合う単体アウタロータ２１，２２間に、連結空間を有しないように雌ねじ状の螺旋部２ａの端面相互が当接状態Ｔで、隣り合う単体アウタロータ２１，２２相互を連結している（同図（ｂ）参照）。なお、第一実施形態の多連ねじポンプ部Ｐは、インナロータ部１が一体形成されている例である。
詳しくは、第一実施形態の多連ねじポンプ部Ｐは、多連ねじポンプ部Ｐの吐出側Ｐｔには、圧送流体の吐出部となる略円筒状のエンドピース４０が装着されている。多連ねじポンプ部Ｐの吸込み側Ｐｓにはケーシング９が設けられている。ケーシング９は、自身側面（この例では回転軸線ＣＬ１よりも上方）に、食品原料等の粘性液である圧送流体の吸込口９ｓを有する。この例では、多連ねじポンプ部Ｐの基端側支持部３０とケーシング９の吐出側９ｔ（多連ねじポンプ部Ｐの吸込み側でもある）とは一体形成されている。
【００１６】
ケーシング９の後方には、駆動部ハウジング５が軸線を水平にしてケーシング９の基台部９ｋ上に装着されている。駆動部ハウジング５の後面には、駆動源であるモータ３のモータブラケット４が装着されている。この例では、ケーシング９に対し、多連ねじポンプ部Ｐとは反対の側から、不図示の締めねじによって軸受部を内蔵する駆動部ハウジング５が連結されている。駆動部ハウジング５の基端側（同図の右側）には、モータ３が複数のボルト３ｂによって固定されている。多連ねじポンプ部Ｐの適所（この例ではエンドピース４０の近傍）には、下方に張り出す支持脚４１が設けられ、ケーシング９の基台部９ｋと支持脚４１とにより、多連ねじポンプ部Ｐが軸線を水平にした姿勢で保持されている。
【００１７】
駆動部ハウジング５内には、モータ３の出力軸３ｓに連結された駆動軸６が水平に張り出している。駆動軸６の先端側であって、インナロータ１の基端部液接部分と駆動軸６との間は、駆動軸シール８によってケーシング９側の端面の位置で軸封され、ケーシング９側から駆動部ハウジング５内への圧送流体の浸入が防止されている。
モータ３の出力軸３ｓと駆動軸６とは同軸に直接固定され、モータ３の駆動により駆動軸６が回転駆動するようになっている。インナロータ部１は、その基端部が駆動軸６の先端に連結されている。なお、駆動軸６は、駆動部ハウジング５内の軸方向の前後に離間配置された二つの転がり軸受である一対の駆動軸軸受７，７によって前後端が回転自在に支持されている。
【００１８】
第一実施形態の多連ねじポンプ部Ｐは、円筒状のハウジングを構成する、基端側支持部３０および第一アダプタ３１内に、雄ねじ状の螺旋部１ａを有するインナロータ部１と、雌ねじ状の螺旋部２ａからなる内面をもつ略筒状のアウタロータ部２とを備える。インナロータ部１は、ステンレス製（例えばＳＵＳ３１６製）であり、先端側の螺旋部１ａと、直線状の基端部１ｂとから構成される。基端部１ｂは、自在継手（以下、「ユニバーサルジョイント」と称する。）を用いることなく、上記駆動軸６の先端に直接連結されている。
【００１９】
第一実施形態のねじポンプ１０Ａは、インナロータ部１が片持構造である。ここで、第一実施形態のアウタロータ部２は、多連アウタロータ２０が二つの単体アウタロータ２１、２２から構成されるとともに、単体アウタロータ連結部Ｃが、二つの単体アウタロータ２１、２２相互の螺旋部２ａの対向する端面２１ｍ、２２ｍ同士を当接させて連結空間を有しない連結構造とされている。
これにより、この多連アウタロータ２０は、二つの単体アウタロータ２１，２２全体として、内面に雌ねじ状の螺旋部２ａを連続的に有する略筒状のアウタロータ部２を構成する。アウタロータ部２の内周面に形成される螺旋部２ａはゴムで構成される。本実施形態で用いるゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、合成ゴム、エラストマーが適宜用いられる。アウタロータ部２の螺旋部２ａ内には、インナロータ部１の先端側に設けられている雄ねじ状の螺旋部１ａが内挿される。
【００２０】
各単体アウタロータ２１，２２は、同図（ｂ）に拡大図示するように、円筒状をなす金属製のアウタロータ外筒２１ａ，２２ａと、螺旋部を形成するゴム製のアウタロータ内筒２１ｂ，２２ｂと、を有する。アウタロータ外筒２１ａ，２２ａの両端部には、軸受４７を収容するための段付き部２１ｄ，２２ｄが形成され、アウタロータ外筒２１ａ，２２ａを軸方向の両側から挟み込むようにエンドピース４０が固定される。
各段付き部２１ｄ，２２ｄの端面の位置は、二つの単体アウタロータ２１、２２相互の対向する端面２１ｍ、２２ｍよりも短くなっており、二つの単体アウタロータ２１、２２相互の端面２１ｍ、２２ｍを当接させたときに、段付き部２１ｄ，２２ｄの端面相互の間には隙間が形成されるようになっている。
【００２１】
単体アウタロータ連結部Ｃには、単体アウタロータ２１、２２相互の基端側支持部３０の前端部には円環状のフランジ３０ｆが設けられ、このフランジ３０ｆに対向するように、アダプタ３１の後端部には、円環状のフランジ３１ｆが設けられている。これらフランジ３０ｆ、３１ｆ相互の対向面には、相互を同軸に嵌め合わせるための内周側にインロー嵌合部が形成され、これらフランジ３０ｆ、３１ｆ相互が、周方向に離隔して等配された複数の連結ボルト４２によって同軸に連結されている。
さらに、単体アウタロータ連結部Ｃには、単体アウタロータ２１、２２相互の外筒部材２１ａ，２２ａの両端部の段付き部２１ｄ，２２ｄに、軸受４７の軸方向の移動を拘束して保持するための止め輪５３を装着する二つの止め輪用円環状溝と、二つの止め輪用円環状溝同士の間の位置に設けられたＯリング４３が嵌め込まれる円環状溝と、が形成されている。
【００２２】
円筒状の連結カラー４８は、隣り合うアウタロータ外筒２１ａ，２２ａの外周面相互を跨ぐように装着され、Ｏリング４３は、連結カラー４８の内周面と各アウタロータ外筒２１ａ，２２ａの外周面それぞれとの間の二箇所の位置に介装される。
これにより、連結カラー４８とＯリング４３とで複数の単体アウタロータ２１、２２が一体で回転自在に連結されている。単体アウタロータ連結部Ｃには、基端側支持部３０およびアダプタ３１の内周面と単体アウタロータ２１，２２のアウタロータ外筒２１ａ，２２ａ外周面との間に上記連結部軸受４７がそれぞれ介装され、アウタロータ外筒２１ａ，２２ａの両端部が回転自在に支持される。
【００２３】
本実施形態では、各連結部軸受４７は、大きなアキシアル荷重とラジアル荷重とを受けることができるように、４個の単列アンギュラ玉軸受を、予圧を加えて剛性を高めた状態で介装してなる複列組合せ軸受構造を有する。複列組合せ軸受構造を構成する各アンギュラ玉軸受それぞれは、内輪および外輪と、これら内輪と外輪との間に設けられた複数のボールと、これらボールを保持する保持器（不図示）と、で構成されている。なお、上記端部軸受１７についても同様の構成を有する。
【００２４】
これにより、各単体アウタロータ２１，２２は、その前後両端が、複列組合せ軸受構造で構成された軸受１７、４７を介して基端側支持部３０および第一アダプタ３１内に回転自在にそれぞれ支持され、多連アウタロータ２０全体として一体で回転可能になっている。さらに、二箇所のＯリング４３が、隣り合う単体アウタロータ２１，２２間の対向部分の内圧を保持する内圧保持シールとして機能するようになっている。なお、基端側支持部３０の後部およびアダプタ３１の前部に位置する端部軸受１７の外側は、それぞれ端部シール１８によってシールされている。
【００２５】
このねじポンプ１０Ａのインナロータ部１は、螺旋部１ａの外周面に１条雄ねじを有し、アウタロータ部２は、その内周面の螺旋部２ａに２条雌ねじを有するものである。アウタロータ部２の回転軸線ＣＬ２とインナロータ部１の回転軸線ＣＬ１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。アウタロータ部２内にインナロータ部１の螺旋部１ａ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。
【００２６】
また、このねじポンプ１０Ａは、アウタロータ部２の雌ねじ状の螺旋部２ａのピッチがインナロータ１の螺旋部１ａのピッチの２倍であり、インナロータ部１がアウタロータ部２内で回転すると、インナロータ部１が回転しつつアウタロータ部２の軸心に対して偏心運動を行う。これにより、アウタロータ部２がインナロータ部１の１／２の回転角度で連れ回り駆動されて、アウタロータ部２とインナロータ部１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する。
このとき、キャビティＫの断面積は、インナロータ部１とアウタロータ部２の位置に関わらず一定となるため、吐出量も常に一定になり、時間あたりの吐出量は、インナロータ部１の回転速度に正比例し、キャビティＫ内に囲い込まれた搬送流体が吸入口９ｓから吐出口Ｐｔに連続的に定量圧送可能になっている。なお、インナロータ部１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。
【００２７】
次に、第一実施形態のねじポンプ１０Ａの作用・効果について説明する。
第一実施形態のねじポンプ１０Ａは、上述したように、雌ねじ状の内面のアウタロータ部２を有する多連アウタロータ２０と、駆動軸６に直結された雄ねじ状のインナロータ部１と、を備え、多連アウタロータ２０は、各単体アウタロータ２１，２２が、インナロータ部１が回転しつつ多連アウタロータ２０の回転軸線ＣＬ２に対して偏心運動を行うことによって、インナロータ部１の螺旋部１ａの動きに伴って多連アウタロータ２０を構成する各単体アウタロータ２１、２２それぞれもその回転軸線ＣＬ２を中心としてインナロータ部１の回転と同期して一体で従属回転することにより、圧送流体を吸込口９ｓから吐出口Ｐｔへ圧送することができる。
【００２８】
そのため、ユニバーサルジョイントを用いない構成とすることができ、構造が簡単である。特に圧送流体として食品を圧送する場合においては、ユニバーサルジョイントのデッドスペースの洗浄の問題が解消されるので、駆動軸６とインナロータ部１との間にユニバーサルジョイントを介在させたねじポンプと比べて分解組立性や清掃性・洗浄性を向上させることができる。
ここで、ねじポンプを高圧仕様にするために、螺旋状のねじ機構部分を多段化する場合、上述したように、段数が多くなればなるほどアウタロータを製作する金型が大型化するという問題がある。また、インナロータを加工するために大型の特殊な切削機械を必要とするという問題がある。さらに、アウタロータを製作するために、大型の特殊なモールドマシンが必要となるという問題がある。また、大型の切削機械やモールドマシンにも現存のものには限界があり、それがねじポンプの多段高圧化の障壁となる。
【００２９】
これに対し、第一実施形態のねじポンプ１０Ａによれば、雌ねじ状内面のアウタロータ部２を有する多連アウタロータ２０を備え、この多連アウタロータ２０は、各単体アウタロータ２１，２２がインナロータ部１に従属回転するように軸受１７、４７で回転自在に支持されるとともに、単体アウタロータ連結部Ｃにて、相互の連結部分の内圧を保持する内圧保持シールとしてＯリング４３が介装された状態で連結カラー４８を用いて当接状態Ｔで連結されているので、汎用設備で製作可能な、段数の少ないアウタロータを用いてねじポンプを多段化できる。そのため、ねじポンプを高圧仕様にするために、切削機械やモールドマシンの大型化の限界による多段化の障壁を超えたねじポンプの多段化が可能となる。
【００３０】
なお、本発明に係るねじポンプは、上記第一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である。例えば、アウタロータ部２の回転速度は、必ずしもインナロータ部１の回転速度の１／２になっている必要はなく、他の回転速度でもよい。
また、単体アウタロータの段数や条数、および、複数の単体アウタロータの連結数についても適宜変更することができる。また、単体アウタロータ連結部Ｃの連結構造についても、隣り合う単体アウタロータ間の対向部分の内圧を保持する内圧保持シールが装着された状態で隣り合う単体アウタロータ相互を連結するものであれば、種々の構成を採用することができる。
【００３１】
例えば、上記第一実施形態では、隣り合う単体アウタロータ２１、２２相互の単体アウタロータ連結部Ｃが、隣り合う単体アウタロータ間に、雌ねじ状の螺旋部２ａが軸方向に離隔した連結空間を有しない当接状態Ｔで連結されている例を示したが、これに限定されるものではなく、本発明に係るねじポンプの単体アウタロータ連結部は、後述する実施形態に示すように、隣り合う単体アウタロータ間に、雌ねじ状の螺旋部２ａが軸方向に離隔した連結空間を有する離隔構造と、隣り合う単体アウタロータの螺旋部２ａ相互の端面同士を当接させた連結空間を有しない当接構造と、のどちらの連結構造でも採用できる。
【００３２】
［第二実施形態］
まず、第二実施形態として、単体アウタロータ連結部に、隣り合う単体アウタロータ間に連結空間を有する離隔構造を採用した例について説明する。なお、上記第一実施形態と同様または対応する構成については同一の符号を付すとともにその説明を適宜省略する。
図２は、第二実施形態の説明図であって、同図は、２段の２条雌ねじを有する４本の単体アウタロータ２１，２２，２３，２４同士を直列に連結した例である。同図に示すように、隣り合う単体アウタロータ相互（２１，２２相互（Ｘ１）、２２，２３相互（Ｘ２）、および、２３，２４相互（Ｘ３）、以下同じ）の各単体アウタロータ連結部Ｃは、隣り合う単体アウタロータの螺旋部２ａ相互の端面同士を離隔させた連結空間Ｊが形成されている。
【００３３】
第二実施形態の単体アウタロータ連結部Ｃは、隣り合うアウタロータ外筒２１ａ，２２ａ相互の各段付き部２１ｄ，２２ｄ端部が、連結空間Ｊにて前後するように張り出しており、内圧保持シールであるＯリング４４は、互いに前後するアウタロータ外筒２１ａ，２２ａの段付き部２１ｄ，２２ｄ相互の間の一箇所に連結空間Ｊの内圧を保持するように介装されている。これにより、この多連アウタロータ２０は、４本の単体アウタロータ２１，２２，２３，２４全体として、内面に雌ねじ状の螺旋部２ａを断続的に有する略筒状のアウタロータ部２を構成する。
【００３４】
ここで、第二実施形態のねじポンプ１０Ｂにおいて、隣り合う単体アウタロータ間（２１，２２間（Ｘ１）、２２，２３間（Ｘ２）、および、２３，２４間（Ｘ３）、以下同じ）のそれぞれに連結空間Ｊを設ける離隔構造Ｓの場合には、同図（ｂ）に示すように、隣り合う単体アウタロータ間のアウタロータ外筒の連結空間Ｊに張り出している部分に、液はり注入口５１と、エア抜き５２と、を設けることが好ましい。なお、ケーシング側（同図の例では基端側支持部３０の壁面）には、液はり注入口５１に対向する位置に液注入作業用穴３０ｄを形成し、エア抜き５２に対向する位置にエア抜き用穴３０ｈを形成する。
【００３５】
第二実施形態のねじポンプ１０Ｂでは、ねじポンプを高圧仕様にするための多段化において、各単体アウタロータ連結部Ｃは、段数の少ない単体アウタロータ２１，２２，２３，２４を、隣り合うアウタロータ外筒相互の端部が、連結空間Ｊにて前後するように張り出して設け、内圧保持のためのＯリング４４を介して相互に連結し、それぞれの単体アウタロータ２１，２２，２３，２４が、それぞれインナロータ部１に従属回転するように軸受１７、４７で支持している。これにより、上記第一実施形態と同様に、段数の少ない複数の単体アウタロータ２１，２２，２３，２４を用いて、ねじポンプの多段高圧化が可能となる。
【００３６】
ここで、第二実施形態のねじポンプ１０Ｂでは、運転前に、液はり注入口５１からあらかじめ液を注入して、隣り合う単体アウタロータ間の各連結空間Ｊに内在するエアを、エア抜き５２から外部に排出する運転前準備操作を行う。これに対し、隣り合う単体アウタロータ相互の端面同士を近接させた当接状態Ｔとする連結空間を有しない第一実施形態の連結構造ではエア抜きが不要である。
【００３７】
［第三実施形態］
次に、第三実施形態として、隣り合う単体アウタロータ間に連結空間を有する離隔構造を採用した他の例について説明する。図３は、第三実施形態の説明図であって、同図は、２段の２条雌ねじのアウタロータ同士を、内圧を保持するＵ型シール部材（例えばバリシール（トレルボルグ社製（登録商標）））をシールとして介装して４本の単体アウタロータ２１，２２，２３，２４同士を直列に連結した例である。なお、第三実施形態は、上記第二実施形態に対して、シールとしてＯリング４４に替えて、Ｕ型シール部材４６を用いた点が相違し、他の構成は第二実施形態と同じなので、相違点以外の説明は適宜省略する。
【００３８】
図３に示すように、Ｕ型シール部材４６は、横断面が略Ｕ型の弾性体である円環状のシールジャケット４６ｂと、付勢体となる円環状の金属スプリング４６ａと、から構成される。シールジャケット４６ｂは、二股に分岐したシールリップを有する。金属スプリング４６ａは、弾性変形した状態でシールリップ間に介装されてシールリップ相互を離間させる方向に付勢する。
シールジャケット４６ｂのシールリップは、一方のアウタロータ外筒２１ａの張り出している段付き部２１ｄの内面全周と、他方のアウタロータ外筒２２ａの張り出している段付き部２２ｄの外面全周とにそれぞれ当接するように介装される。これにより、Ｕ型シール部材４６は、一方のアウタロータ外筒２１ａの段付き部２１ｄの内面全周と、他方のアウタロータ外筒２２ａの段付き部２２ｄの外面全周とに亘って当接して、単体アウタロータ２１、２２相互の内部と基端側支持部３０およびアダプタ３１の内周面との間を封止する。シールジャケット４６ｂは、連結空間Ｊの圧力が増大すると、シールリップ相互が離間するように拡幅して封止力が大きくなり、金属スプリング４６ａの弾性力で封止能力が維持される。
【００３９】
このように、第三実施形態のねじポンプ１０Ｃにおいても、ねじポンプを高圧仕様にするための多段化において、段数の少ない単体アウタロータ２１，２２，２３，２４を、内圧保持のためのＵ型シール部材４６を介して連結し、それぞれの単体アウタロータ２１，２２，２３，２４が、それぞれインナロータ部１に従属回転するように構成している。これにより、上記第一ないし第二実施形態と同様に、段数の少ない単体アウタロータ２１，２２，２３，２４を用いて、ねじポンプの多段高圧化が可能となる。
【００４０】
［第四実施形態］
図４は、第四実施形態の説明図であって、同図は、４段の２条雌ねじを有する２つの単体アウタロータ２１，２２同士を、同図の符号Ｘで示す単体アウタロータ連結部Ｃにて、上述した第二ないし第三実施形態に示した、内圧を保持するためにＯリング４４またはＵ型シール部材４６を内圧保持シールとして介装して２本直列に連結した例である。単体アウタロータ２１，２２の段数および複数の単体アウタロータ２１，２２の連結数以外の構成については、上述した第二ないし第三実施形態に示した構成を適宜採用することができるので、その図示および詳細な説明は省略する。
このように、第四実施形態のねじポンプ１０Ｄのように、段数を適宜変更した構成においても、上記第二ないし第三実施形態と同様に、段数の少ない複数の単体アウタロータ２１，２２を用いて、ねじポンプの多段高圧化が可能となる。
【００４１】
［第五実施形態］
図５は、第五実施形態の説明図であって、同図は、同図の符号Ｘ１、Ｘ２で示す単体アウタロータ連結部Ｃにて、４段の２条雌ねじを有する３つの単体アウタロータ２１，２２，２３同士を、上述した第二ないし第三実施形態に示した、内圧を保持するためにＯリング４４またはＵ型シール部材４６を内圧保持シールとして介装して３本直列に連結した例である。単体アウタロータの段数および複数の単体アウタロータの連結数以外の構成については、上述した第二ないし第三実施形態に示した構成を適宜採用することができるので、その図示および詳細な説明は省略する。
このように、第五実施形態のねじポンプ１０Ｅのように、、段数および連結数を適宜変更した構成においても、上述した第二ないし第四実施形態と同様に、段数の少ない複数の単体アウタロータ２１，２２，２３を用いて、ねじポンプの多段高圧化が可能となる。
【００４２】
［第六実施形態］
また、本発明の一態様に係るねじポンプにおいて、インナロータ部１の螺旋部１ａが２条以上の条数の雄ねじを有し、アウタロータ部２の螺旋部２ａが該インナロータ部１の条数＋１の条数の雌ねじを有する多段連結ねじポンプでは、１条雄ねじのインナロータ部１のようなインナロータ自体の偏心を有する形状に対して、インナロータ部１全体としてインナロータ自体の偏心を有しない形状とすることができる。そのため、連結部の大径化が可能であり、インナロータ部をテーパねじ等で連結して、インナロータを多段化する上で好適である。
【００４３】
図６は、第六実施形態の説明図であって、同図に示すねじポンプ１０Ｆは、インナロータ部１が、４条雄ねじを有する２本の単体インナロータ１１，１２と、アウタロータ部２が、５条雌ねじを有する２本の単体アウタロータ２１，２２と、で構成するとともに、単体アウタロータ連結部Ｃにて、２本の単体インナロータ１１，１２相互をテーパねじを用いた単体インナロータ結合部によって相互に結合した例である。
この例では、単体アウタロータ連結部Ｃの内部の連結空間Ｊに張り出すように、軸方向後方の単体インナロータ１１には、その先端に結合用軸部１１ｓを形成するとともに、結合用軸部１１ｓの先端に、尖頭状のテーパ雄ねじ１１ｎを形成している。そして、軸方向前方の単体インナロータ１２には、その後端に結合用軸部１２ｋを形成するとともに、結合用軸部１２ｋの後端に、テーパ雄ねじ１１ｎと同軸にテーパ雄ねじ１１ｎを螺合可能に形成されたテーパ雌ねじ１２ｎを形成し、相互を連結空間Ｊの位置で結合している。
【００４４】
このように、インナロータが２条以上の条数の雄ねじ、アウタロータが該インナロータの条数＋１の条数の雌ねじの多段連結ねじポンプ１０Ｆでは、１条雄ねじのインナロータのようなインナロータ自体の偏心がなく、連結部の大径化が可能であり、インナロータをテーパねじ等で連結してインナロータを多段化できる。
よって、この第六実施形態のねじポンプ１０Ｆであれば、汎用設備で製作可能な段数の少ない複数の単体インナロータ１１，１２と、複数の単体アウタロータ２１，２２とを用いてねじポンプの多段高圧化が図れる。そのため、切削機械やモールドマシンの大型化の限界による、ねじポンプの多段高圧化の障壁を超えたねじポンプの多段高圧化を図る上でより好適である。
【００４５】
［第七実施形態］
図７は、第七実施形態の説明図であって、同図に示すねじポンプ１０Ｅは、インナロータの先端部に支軸部を設けて、この支軸部を軸受で支承した両持構造の例である。
同図に示すように、第七実施形態のねじポンプ１０Ｅでは、インナロータ部１が２条以上の条数の雄ねじを有し、アウタロータ部２が該インナロータ部１の条数＋１の条数の雌ねじを有する多段連結ねじポンプであり、このインナロータ部１の先端に支軸部１６を同軸に設けるとともに、インナロータ部１の先端の支軸部１６を、水中軸受４９を介して流路スリーブ５４で支承してインナロータ部１を両持構造としている。なお、流路スリーブ５４は、いわば「蓮根状」に形成された、周方向に等配されてそれぞれが軸方向に沿って貫通形成された複数の圧送流体流路を有して構成されており、複数の圧送流体流路により、少ない圧力損出で、液を定量圧送可能になっている。
【００４６】
これにより、第七実施形態の構成であれば、多段高圧化によりインナロータ部１にかかる荷重を、その両端の軸受で確実に支承し、高圧圧送時であっても、インナロータ部１のよりスムーズな回転とアウタロータ部２のよりスムーズな従属回転が可能となり、安定した運転でより信頼性の高い多段ねじポンプを提供することができる。
このように、本発明の一態様に係るねじポンプにおいて、インナロータ部１が２条以上の条数の雄ねじを有し、アウタロータ部２が該インナロータ部１の条数＋１の条数の雌ねじを有する多段連結ねじポンプとし、インナロータ部１の先端に軸部を設けるとともに、該インナロータ部１の先端の軸部を軸受で支承して、インナロータ部１を両持構造とすることは好ましい。
【００４７】
［本発明に係るねじポンプを用いた技術の一実施形態］
さらに、本発明に係るねじポンプは、上述したようにポンプとして用いることは勿論、その作動原理の逆作動により、流体モータとして使用できる。以下、本発明に係るねじポンプ機構を流体モータとして用いた技術の一例として、図８に示すダウンホールモータについて説明する。なお、同図では、ダウンホールモータを使用時の姿勢に鑑み、同図軸方向の右側を上方、左側を下方として説明する。また、上述した各実施形態と対応するまたは同様ないし同一の構成には同一の符号を付して説明する。
同図に示すように、このダウンホールモータ１０Ｈは、流体モータ部Ｐと、流体モータ部Ｐの下部に設けられた動力伝達部Ｓと、動力伝達部Ｓの下部に設けられた駆動軸支持部Ｔとを有する。
【００４８】
ここで、この流体モータ部Ｐは、上記多連ねじポンプ部Ｐを用いて流体モータを構成している。本実施形態の例では、インナロータ部１の構成として、上述した第七実施形態の多条ねじを採用するとともに、インナロータ部１を両持ち支持構造としている。
つまり、このインナロータ部１は、その雄ねじ状の螺旋部１ａが２条以上の多条雄ねじを有するとともに、アウタロータ部２は、その雌ねじ状の螺旋部２ａがインナロータ部１の条数＋１の条数の多条雌ねじを有する。また、インナロータ部１は、自身の先端部（この例では上方側の端部）に、水中軸受４９で支承された支軸部１ｅを有する。
【００４９】
また、単体アウタロータ２１，２２相互の単体アウタロータ連結部Ｃの構成としては、上述した第一実施形態の構成、つまり、隣り合う単体アウタロータ２１，２２間に離隔した連結空間を有しない当接状態で配置されている。つまり、単体アウタロータ連結部Ｃには、円筒状の連結カラー４８が、隣り合うアウタロータ外筒２１ａ，２２ａの外周面相互を跨ぐように装着され、Ｏリング４３が、連結カラー４８の内周面と各アウタロータ外筒ａの外周面それぞれとの間の二箇所の位置に介装されている。
【００５０】
本実施形態の流体モータ部Ｐは、円筒状のアダプタ３１、３２相互が、単体アウタロータ連結部Ｃの位置でインロー嵌合によって連結され、これらアダプタ３１、３２内に、螺旋状の内周面を有するアウタロータ部２が、複数の軸受１７、４７を介して回転自在に支持されるとともに、そのアウタロータ部２内に、螺旋状の外周面を有するインナロータ部１が回転自在に支持され、インナロータ部１とアウタロータ部２との間に複数のキャビティＫが画成されている。端部軸受１７の外側は、それぞれ端部シール１８によってシールされている。
【００５１】
第一アダプタ３１の上部には、作動流体Ｍを導入する作動流体導入ヘッド６１がインロー嵌合により同軸に装着されている。作動流体導入ヘッド６１の内周面には、上記流路スリーブ５４が嵌め込まれており、この流路スリーブ５４内に装着された水中軸受４９を介して支軸部１ｅが回転自在に支持されている。
駆動軸支持部Ｔには、円筒状のハウジング６４内に、スラスト荷重およびラジアル荷重を受ける軸受１９を介して駆動軸１ｂが回転自在に支持される。駆動軸１ｂの先端は、ビット装着部１ｃとされている。ハウジング６４の下端には、エンドキャップ６３が装着されている。ビット装着部１ｃは、ハウジング６４の下方に、エンドキャップ６３から張り出しており、ビット装着部１ｃの外周面には、掘削ビット９０を接続可能な雄ねじが形成されている。軸受１９の外側は、それぞれ端部シール２８によってシールされている。
【００５２】
ハウジング６４の上端とハウジング６２の下端とは、インロー嵌合にて相互に結合されるとともに、第二アダプタ３１の下端とハウジング６２の上端とが、インロー嵌合にて相互に結合され、全体が同軸上に一体とされている。駆動軸１ｂの上部には、動力伝達部Ｓのハウジング６２内に連通する連通口１ｋが形成され、連通口１ｋは、駆動軸１ｂの軸方向に沿って形成された連通路１ｆを介して掘削ビット９０の先端に形成された吐出口９１に連通している。そして、インナロータ部１の下端と駆動軸１ｂの上端とは、動力伝達部Ｓのハウジング６２内の位置で同軸に一体形成されており、インナロータ部１の回転駆動力を駆動軸１ｂに直接伝達可能に構成されている。
【００５３】
このダウンホールモータ１０Ｈによれば、作動流体導入ヘッド６１の上部開口から流路スリーブ５４を介して流体モータ部ＰのキャビティＫに高圧の作動流体Ｍを導入することで（同図の符号Ｍａ）、流体モータ部Ｐは、一軸偏心ねじポンプの作動原理の逆作動により、インナロータ部１に回転力を与えることができる。そして、流体モータ部Ｐは、インナロータ部１の下端に一体形成された駆動軸１ｂを出力軸として、インナロータ部１の回転を掘削ビット９０に伝達することができる。
これにより、このダウンホールモータ１０Ｈによれば、駆動軸１ｂ先端に装着された掘削ビット９０によって地面を掘削できる。なお、流体モータ部Ｐを経た作動流体Ｍは、ハウジング６２内の空隙部６２ｎを通り（同図の符号Ｍｂ）、連通口１ｋから連通路１ｆを順に介して掘削ビット９０の吐出口９１から装置の外部に排出される（同図の符号Ｍｃ）。
【００５４】
本実施形態のダウンホールモータ１０Ｈによれば、従来のダウンホールモータのような、高圧の作動流体で作り出されたロータの回転力を、ユニバーサルジョイントを介してシャフトに伝達していた構成と比べて、ユニバーサルジョイントが不要なので、動力伝達部Ｓの全長を短くしてコンパクトに構成できる。なお、本発明に係る多連ねじポンプ部Ｐをねじポンプ機構に採用して流体モータを構成する場合、この例に限定されず、上述した各実施形態に示したねじポンプの構成相互を適宜に組み合わせて流体モータを構成できることは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
１    インナロータ部
２    アウタロータ部
３    モータ（駆動源）
４    モータブラケット
５    駆動部ハウジング
６    駆動軸
７    駆動軸軸受
８    駆動軸シール
９    ケーシング
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ    ねじポンプ
１１    第一インナロータ（単体インナロータ）
１２    第二インナロータ（単体インナロータ）
１３    第三インナロータ（単体インナロータ）
１４    吸込口
１５    テーパねじ
１６    支軸部
１７    端部軸受（軸受）
１８    端部シール
２０    多連アウタロータ
２１    第一アウタロータ（単体アウタロータ）
２２    第二アウタロータ（単体アウタロータ）
２３    第三アウタロータ（単体アウタロータ）
３０    基端側支持部
３１    第一アダプタ、アダプタ
３２    第二アダプタ
３３    第三アダプタ
４０    エンドピース
４１    支持脚
４２    連結ボルト
４３、４４    Ｏリング
４５    Ｏリング支持部
４６    Ｕ型シール部材
４７    連結部軸受（軸受）
４８    連結カラー
４９    水中軸受（軸受）
５０    ガス抜き構造
５１    液はり注入口
５２    エア抜き
５３    止め輪
５４    流路スリーブ
ＣＬ１    インナロータの軸心
ＣＬ２    アウタロータの軸心
Ｃ    単体アウタロータ連結部
Ｅ    所定距離
Ｊ    連結空間
Ｓ    離隔状態
Ｔ    当接状態
Ｋ    片持ち構造
Ｒ    両持ち構造
Ｐ    多連ねじポンプ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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