JP2001521097A - 縦穴用のローラベーンモータ及びローラベーンポンプ - Google Patents

縦穴用のローラベーンモータ及びローラベーンポンプ

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JP2001521097A JP2000517193A JP2000517193A JP2001521097A JP 2001521097 A JP2001521097 A JP 2001521097A JP 2000517193 A JP2000517193 A JP 2000517193A JP 2000517193 A JP2000517193 A JP 2000517193A JP 2001521097 A JP2001521097 A JP 2001521097A
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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Abstract

(57)【要約】 縦穴穿孔用ローラベーンモータは、ハウジング（１）及びローター（２）を備える。ハウジングは、ハウジング及びローター間の空間をチャンバー（８ａ，ｂ）に仕切る羽根用偏向カム（５）を有する。ローターは、溝（６）内に円柱状のローラ（７）を備えており、該ローラは、突出位置と後退位置との間で動くことができる。穿孔用泥水は、ハウジング（１）の上側ベアリング部内に設けられた導入ポート（１０）を通じて、チャンバー部（８ａ）内に入り、ローラ（７１）を突出位置内へ且つ時計回りの方向へ押し、ロータを回転させる。一方、低圧の穿孔用流体は、対応するチャンバー部（８ｂ）から、ハウジング（１）の下側ベアリング部内に設けられた排出ポート（９）を通じて、更に、下方にあるドリルビットまで、押し出される。ローラ（７１）が羽根用偏向カム（５）に届くと、それらは、後退位置に押し込められ、その役目は、ローラ（７２）に引き継がれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、垂直穿孔、指向性穿孔又は水平穿孔用及び井戸（油井）のクリーニ
ング／修復用の水圧駆動又は気圧駆動のローラベーンモータ、縦坑（縦穴）用の
回転ポンプを駆動するためのローラベーン採収用モータ、並びに、地下の貯留場
から石油及び／又は水を汲み上げるのに適する又は地表の溜め池から水を汲み上
げるのに適するローラベーンポンプに関する。
【０００２】 ドリルビットを駆動するために、縦坑用のローラベーンモータを用いることが
知られている。これらのモータは、穿孔用泥水により駆動される。穿孔用泥水は
、ドリルのストリングを通じてポンプダウンされ、ドリルビットを滑らかにする
と共に冷やし、ドリルのストリングとボアホール（鑿井）壁との間における環状
の空間を通じて、ドリルの掘削屑を地表面まで運び出す。
【０００３】 インナー及びアウターハウジングを有し且つインナーハウジング内に導入／排
出ポートを有するローラベーンモータは、ＷＯ ９３／０８３７４に開示されて
いる。インナー及びアウター一体型のハウジングを有し且つローター内に導入ポ
ートを有すると共にハウジング内に排出ポートを有するローラベーンモータは、
ＷＯ ９４／１６１９８に開示されている。
【０００４】 上述のモータにおいて、ローターの溝内で突出位置（extended position）に 位置するローラは、ローターと（インナー）ハウジングとの間のチャンバー内に
おいて、時計回りの方向に導入ポートから排出ポートに向かう穿孔用泥水により
押される。この排出ポートに向かう穿孔用泥水によっては押されないローラは、
泥水圧を受けない。何故なら、そのローラは、（インナー）ハウジングの内壁表
面に沿って長手方向に延在する羽根用偏向カムによって、後退位置（retracted
position）に押し込められているからである。
【０００５】 インナー及びアウターハウジングを有するローラベーンモータと比較した場合
における、インナー及びアウター一体型のハウジングを有する既知のローラベー
ンモータの利点は、その簡単な構造とモータの単位長さ当たりの大きなトルクで
ある。
【０００６】 インナー及びアウター一体型のハウジングを有する既知のローラベーンモータ
の欠点は、モータによる圧力降下とドリルビットによる圧力降下とが並列である
ことから、モータによる圧力降下がドリルビットによる圧力降下と等しくなけれ
ばならないということである。しかも、ドリルビットを通る穿孔用泥水の流速は
、減じられる。
【０００７】 本発明は、この欠点を克服するローラベーンモータの種々の実施例を提供する
。このため、本発明によるローラベーンモータは請求項１に述べられた特徴を有
する。加えて、本発明は、縦坑用の回転ポンプを駆動するための採収用モータと
して用いられる特殊なローラベーンモータと、外被を有するドリル用モータとし
て用いられる特殊なローラベーンモータとを提供する。
【０００８】 これらのローラベーンモータ及びポンプについての好ましい実施例は、それら
に関連した他の請求項に開示されている。最後に、本発明は、かかるポンプを用
いる方法及びシステムを提供する。
【０００９】 以下において、本発明について図１乃至１４を参照して詳細に説明する。
【００１０】 本発明によるインナー及びアウター一体型のハウジングを有するローラベーン
モータにおいて、モータ及びドリルビットにかかる並列的な圧力降下の欠点は、
導入及び排出ポートを、ハウジング及びロータに設ける代わりに、図１及び図２
に示されるように、ハウジングの上側及び下側ベアリング部内に設けることによ
り、解消される。図１及び図２に図示されたローラベーンモータは、管状のハウ
ジング１と、ハウジング１の両端に設けられたベアリング部３及び４内において
可動するローター２とを備えている。ハウジング１は、その上端において、非回
転のドリルストリングに接続される。ハウジング１は、長手方向に延びる羽根用
偏向カム５を構成する径方向内側に突出した２つの壁手段を有する。この２つの
壁手段は、ハウジング１と共に、ローラベーンモータのステータ（固定子）を構
成する。
【００１１】 羽根用偏向カム５は、２つ合わせて、ハウジング１の内周のほぼ半分を占めて
いる。また、羽根用偏向カム５は、ハウジング１から羽根用偏向カム５の同心円
状の円弧部分に向かって延びている乗り上げ部と、それとは反対の下降部とを有
する。ロータ２は、その下端において、ドリルビットに接続される。ロータ２は
、その周囲において、径方向に対向し且つ周方向において一定間隔で配置された
３対のスロットを有している。スロットは、径方向に窪んだ溝６として形成され
、その溝内部には、円柱状のローラ７の形状をもつ長手方向に延びる羽根が配置
されている。ローラ７は、後退位置と突出位置との間で動くことができ、後退位
置にあるときには、ローラ７は、溝６内部にすっぽりと又は殆ど収まっており、
突出位置にあるときには、ローラ７は、ロータ２の外表面２ａから部分的に突出
している。各ローラは、好ましくは、金属や、弾性変形可能で耐酸性及び耐熱性
のプラスチック材料からなるか、同じプラスチック材料のシェルを有する金属コ
アからなる。ローター２及びハウジング１間に規定される略環状の空間は、２つ
の羽根用偏向カム５により、チャンバー８ａ，ｂに分割されている。このチャン
バー８ａ，ｂは、ドリルビットに穿孔用泥水を通過させるためにハウジング１の
下側ベアリング部３内に形成された排出ポート９に接続されている。この排出ポ
ート９は、羽根用偏向カム５の乗り上げ部に又はその近傍に設けられている。ハ
ウジング部１の上側ベアリング部４は、ドリルパイプからの穿孔用泥水を各チャ
ンバー８ａ，ｂ上方に供給するための導入ポート１０を有している。この導入ポ
ート１０は、羽根用偏向カム５の下降部に又はその近傍に設けられている。
【００１２】 導入ポート１０を通じてチャンバー８ａ，ｂ内に流れ込んでくる穿孔用泥水の
水圧が、排出ポート９を通じてチャンバー８ａ，ｂから流れ出していく穿孔用泥
水の水圧よりも高いことから、チャンバー８ａ，ｂ内に位置するローラ７１は、
外側に向かって吸い出され、ローター２内の溝６の下流側面６ｂとハウジング部
１との間の空間に押し付けられ、それによって、チャンバー８ａ，ｂを高圧部８
ａと低圧部８ｂとに仕切る。このようにして、ローラ７１は、その上流側７ａに
おいて、導入ポート１０を通じて流れ込んできた高圧の穿孔用泥水に晒され、そ
れによって、ローター２に対して時計方向に回転するモーメントを与える。
【００１３】 他の２対のローラは、羽根用偏向カム５により、ローター２の溝６内における
後退位置に押し込められている。ローター２が、チャンバー８ａ内にある前述の
第１のローラ７１への泥水圧の影響により、時計回りの方向に更に約３０度回転
すると、後退位置にあったローラ７２は、羽根用偏向カム５を離れ、そのローラ
７２の上流側７ａが上側ベアリング部４の導入ポート１０を通じて流れ込んでき
た穿孔用泥水の水圧に晒され、突出位置に弾力的に戻され、それによって、上流
チャンバー部８ａ及び下流チャンバー部８ｂ間における穿孔用泥水の圧力差に実
質的かつ直接的に比例したトルクによる連続的な駆動力及び回転力がローター２
に対して確実に供給されることとなる。チャンバー部８ｂにおける穿孔用泥水は
、進むローラ７１の進行方向下流側７ｂと対応する羽根用偏向カム５との間に押
し込められ、下側ベアリング部３内の排出ポート９を通じてローター２内の中心
導管１３に対して再び排出されて、中心導管１３を通じてドリルビットに直接流
れている他の穿孔用泥水と混じる。
【００１４】 当然に理解されるであろうこととして、実際にはローター２が回転するに連れ
てローラ７が転がろうとし、それによって、ハウジング１又は羽根用偏向カム５
とローラ７との間に閉じ込められた微粒物も排出され、損傷もないことが挙げら
れる。ローター２の中心導管１３に、レギュレータを備えて、それにより、モー
タのチャンバー８ａ，ｂ及びローター２の中心導管１３を通じてドリルビットに
流れ込む穿孔用泥水の相対量を調節することとしてもよい。
【００１５】 図３に示される実施例において、排出ポート９は、ハウジング１と羽根用偏向
カム５の乗り上げ部に設けた排出ポート１１に置き換えられている。この排出ポ
ート１１は、チャンバー部８ｂを、ハウジング部１の外側の環状の空間１２に接
続している。
【００１６】 図４に示される実施例において、導入ポート１０は、ローター２に設けた導入
ポート１４に置き換えられている。この導入ポート１４は、ローター２内の中心
導管１３を溝６の底部に接続している。
【００１７】 上述した全てのモータにおいて、羽根用偏向カム５の数は、ハウジング１の内
表面に沿うようにして等間隔で配置された、２より大きい数であってもよい。ロ
ーラ７と整合するローター２の溝６の数は、６より多くても少なくても良い。し
かしながら、好ましくは、ローラ７の数は、少なくとも羽根用偏向カムの数より
も多く、好ましくは、多くてもその２倍よりも少なくすべきである。
【００１８】 理解されるであろうこととして、羽根用偏向カム５の乗り上げ部及び下降部の
角部は、丸められていても良いが、それらの斜面は、ローラ７が後退位置と突出
位置との間で両方向にスムーズに動けるようにするために、できる限りフラット
にすべきである、ということが挙げられる。これらの斜面の平坦性は、次のよう
な要求により制限される。すなわち、チャンバー８ａ，ｂ内、及びローター２と
羽根用偏向カム５の円弧部分との間の領域内の双方において、導入及び排出ポー
ト間における穿孔用泥水の流れが短絡することを避けなければならない。そのた
め、ハウジング１の内壁の一部と羽根用偏向カム５の円弧部分とは、夫々、ある
最小幅を有する。
【００１９】 ハウジング１の内壁表面上における突出位置まで移動すると、ローラ７は、そ
の内壁表面とローター２の外表面２ａとの間の空隙に対して押し付けられる。ハ
ウジング１の内壁表面とローター２の溝６の先行する下流側面６ｂとの間にロー
ラ７が挟み込まれるのを避けるために、これら下流側面６ｂの形状を、ローラ７
がそれら下流側とローター２の外表面２ａ上において接触するような形状とする
ことは、有益である。同様に、ローラ７が羽根用偏向カム５の乗り上げ部とロー
ター２の溝６の後側の上流側面６ａとの間に挟み込まれないように、その後側の
上流側面６ａの形状を、乗り上げ部上にあるローラ７が上流側面６ａとローター
２の外表面２ａ上において接触するような形状とすることは、有益である。これ
らいずれの配置も図５に描かれている。また、ローラ７の直径は、ハウジング１
の内表面とローター２の外表面との間の距離の２倍以上とすべきである。
【００２０】 図６及び図７に示される実施例において、排出ポート１１は、ハウジング１及
び羽根用偏向カム５の乗り上げ部５に設けられている。これら排出ポート１１は
、チャンバー部８ｂを、ハウジング１とハウジング１に取り付けられた外被１５
との間の環状の空間に、接続する。穿孔用泥水は、この環状の空間を介し、導入
ポート１６を通ってハウジング１内部の空間に戻り、さらに、ローター２の中心
導管１３を介してドリルビットまで至る。
【００２１】 ドリルビットに対して必要とされる穿孔用泥水の総量がモータを駆動するため
に必要とされる総量よりも多い場合、ローター２の連続的な中心導管１３は、ド
リル用モータのために必要とされるだけである。もし、そうでないならば、中心
導管１３は、モータの下半分のどこかで、省略され又は塞がれることができる。
【００２２】 理解されるように、モータは、穿孔又はコアリング（芯取）用として用いられ
るのみならず、ボアホールの修復及びクリーニング用として用いられても良い。
従って、使用される流体は、必ずしも穿孔用泥水である必要はなく、例えば、石
油や水のような液体、ガス／液体の混合物、又は空気のようなガスからなるもの
でも良い。
【００２３】 上述した穿孔用のローラベーンモータは、地下の貯留場から地表面まで流体を
採収するための回転ポンプを駆動するための採収用モータとしても用いられるこ
とができる。その場合、その上流側において、その採収用モータのハウジング１
は、地表面に接続された動力流体（動力となる流体）の供給管に取り付けられる
。その下流側においては、ハウジング１及びローター２は、回転ポンプのハウジ
ング及びローターに取り付けられる。動力流体及び地下の貯留場から採収された
流体は、混合され、動力流体の供給管の外側の環状の部分を通じて又は動力流体
の供給管と平行な若しくは同心円状外側の採収管を通じて、共に、地表面まで汲
み上げられる。動力流体が採収用モータのハウジング内部において採収用モータ
を離れるような実施例においては、この動力流体をモータの外側の環状の空間１
２に戻すための手段を講じなければならない。中心導管１３がローター２内に設
けられているような実施例においては、この中心導管１３は、塞がれ又は省略さ
れなければならない。
【００２４】 上述したローラベーンモータは、ローラベーンポンプとしても用いることが出
来る。このためには、ローター２は、縦穴用の電気モータに取り付けられ、その
縦穴用の電気モータによって、上述したモータとは逆方向に駆動されなければな
らない。この場合、ローター２の中心導管１３は、塞がれ又は省略されなければ
ならない。
【００２５】 軸方向に流体を導入し軸方向に流体を排出するポンプの一例は、図８に示され
る。このポンプの構成は、ローター２の中心導管１３が省略されていることを除
き、図１に示されるモータの構成と、類似している。流体は、ポンプの下側のハ
ウジング１の内側から、下側ベアリング部３の排出ポート９を通じて、吸い込ま
れる。この場合、排出ポート９は、導入ポート９’となる。そして、その流体は
、チャンバー８ａ，ｂ及び上側ベアリング部４の導入ポート１０を介して、ロー
ラ７により、押し出される。この場合、導入ポート１０は、排出ポート１０’と
なる。この流体は、ポンプ上方の採収管に至り、さらに、地表面まで汲み上げら
れる。ポンプの回転方向は、矢印付き曲線で示される。
【００２６】 ローラベーンポンプの他の例は、図９に示される。このポンプの構成は、ロー
ター２の中心導管１３が省略されていることを除き、図３に示されるモータの構
成と類似している。このポンプにおいて、ハウジング１の外側の環状の部分１２
に通じる排出ポート１１は、導入ポート１１’となり、上側ベアリング部４の導
入ポート１０は、排出ポート１０’となる。
【００２７】 ローラベーンポンプのさらに他の例は、図１０に示される。このポンプの構成
は、図４に示されるモータの構成と類似している。このポンプにおいて、ハウジ
ング１の下側ベアリング部３における排出ポート９は、導入ポート９’となり、
ローター２の導入ポート１４は、排出ポート１４’となる。本実施例において、
ローター２における中心導管１３の下端は、閉塞されなければならない。
【００２８】 ローラベーンポンプは、ローラベーン採収用モータにより駆動されることもで
きる。この場合、図１１に示されるような、軸方向に流体を導入し、ハウジング
１の外側の環状の部分１２に流体を排出するポンプを用いることは有益である。
この実施例において、流体は、ハウジング１の下側ベアリング部３に形成された
導入ポート９’を通じて吸い込まれ、ローラ７により、チャンバー８ａ，ｂとハ
ウジング１及び羽根用偏向カム５の乗り上げ部に形成された排出ポート１７とを
介して、ハウジング１の外側の環状の部分１２まで押し出される。
【００２９】 上述したポンプは全て、その回転方向が反時計回りであり、電気モータやロー
ラベーン採収用モータの速度を変化させることにより回転速度が望ましい値に調
節可能であるといった方法に適用可能である。
【００３０】 モータに関して上述されたものと類似の方法において、羽根用偏向カム５の乗
り上げ部及び下降部の形状、溝６の形状、及び、ローラ７のサイズは、ハウジン
グ１の内表面とローター２の外表面との間の距離に関連して、ローラ７のスムー
ズな移動を確実なものとするために、最適化され得る。
【００３１】 上述したポンプにおいては、モータにおけるように、羽根用偏向カムの数は、
２より大きな数であってもよく、ローラの数は、６より多くても少なくてもよい
。
【００３２】 図１，３，４，８，９，１０及び１１において述べられたモータ及びポンプに
おいて、導入及び／又は排出ポート９，９’，１０，１０’は、チャンバー８ａ
，ｂ内部の、羽根用偏向カム５の乗り上げ部／下降部に又はその近傍に、設けら
れている。これは、ローラ７の上側又は下側が一時的にこれらのポートを塞いで
しまい、その結果、穿孔用泥水の排出／供給が一時的に停止してしまうという欠
点を有する。これは、これらのポートを部分的に又は全体的に、羽根用偏向カム
５の乗り上げ部／下降部の縁部の背後に設けることにより、対処することができ
る。チャンバー８ａ，ｂとの連続的な接続のために、乗り上げ部／下降部（の一
部分）は、その接続に関係する側において、長手方向に短くされなければならな
い。この実施例は、図１２Ａにおいて、導入／排出ポート１０，１０’に関して
、概略的に示されている。各接続は、羽根用偏向カム５の円弧部分の内側縁部の
背後に付加的な空間を設けることにより、広げることができる。これは、図１２
Ｂにおいて、導入／排出ポート９，９’に関して、概略的に示されている。
【００３３】 回転のプロセスを解析すると、本発明によるローラベーンモータ及びローラベ
ーンポンプの双方において、ハイドロ現象の結果として、振動の問題やロータの
失速が生じるかもしれないことが分かる。ローラーが羽根用偏向カムの乗り上げ
部に乗り上げたとき又は下降部を下るとき、これらローラーと先行する及び追従
するローラーとの間の容積が変化する。連続したローラ間に高過ぎる圧力が生じ
ることを防止するために、これらローラ間の空間は、ローラが羽根用偏向カムの
乗り上げ部又は下降部上を移動している際に、モータ又はポンプにおける液体の
満たされた他の空間と、継続的に接続状態になければならない。
【００３４】 図１３Ａは、羽根用偏向カム５の下降部から降り、ハウジング１の内表面にち
ょうど届いたローラ７を示す。その瞬間、ハウジング１の内部におけるこのロー
ラと先行するローラ７との間のチャンバー部８ａの容積は、これ以上減ることは
なく、従って、前述した下降部における導入ポート１０との接続は、点線Ａ−Ａ
の位置までに制限することができる。
【００３５】 図１３Ｂは、羽根用偏向カム５の乗り上げ部におけるその上昇端部でのローラ
７を示す。ローター２が更に回転すると、このローラ７は、羽根用偏向カム５の
円弧部分の方へ傾むけられる。これが生じると、羽根用偏向カム５の円弧部分上
において、このローラ７と先行するローラとの間の体積がＶだけ減ることとなる
。この空間と排出ポート９との間において、羽根用偏向カム５の円弧部分のうち
の排出ポートに近接した小さい部分を介して、接続が確立しているため、この容
積分は排出ポート９に逃げることが出来る。
【００３６】 この接続が羽根用偏向カム５の乗り上げ部に制限されたとすると、羽根用偏向
カム５の円弧部分上を移動しているローラ７は、その溝６の下流側面６ｂに対し
て押し付けられることとなり、その後、ローター２は、両ローラ間の圧力が急速
に増加することの結果として、停止することとなる。従って、羽根用偏向カム５
の乗り上げ部／下降部を長手方向において短くすることは、導入／排出ポート１
０，１０’，１１，１１’と接続するためには、必ずしも乗り上げ部／下降部の
全幅を占める必要はないが、図１４Ａにおいて導入／排出ポート１０，１０’に
関して示されるように、この羽根用偏向カム５の円弧部分の近接するところまで
は延ばされなければならない。
【００３７】 ハウジング１に導入／排出ポート１１，１１’，１７を有する構造において、
ローラ間における高／低圧の問題は、これら導入／排出ポート１１，１１’，１
７を次のように広げることで解決できる。即ち、それらのポートは、羽根用偏向
カム５の円弧部分の近接する小さい部分に加えて、羽根用偏向カム５の乗り上げ
部／下降部のかなり広い部分占めるものとする。これに代えて、各ポートを、そ
の広いポートの両端をカバーするような２つのポートに分けることもできる。こ
の解決は、図１４Ｂにおいて導入／排出ポート１１，１１’に関して概略的に示
されている。
【００３８】 ローラベーンモータ又はポンプ内における高すぎる又は低すぎる圧力の問題は
、他の解決手段によって解決することも可能である。羽根用偏向カム５の乗り上
げ部／下降部に又はその近傍に導入／排出ポートを有する場合、例えば、これら
の羽根用偏向カム５の乗り上げ部／下降部に一以上の溝を形成することで解決で
きる。
【００３９】 ローター２に導入／排出ポート１４，１４’を有するローラベーンモータ又は
ポンプにおいては、上述した手段を講じなくてもよい。これらモータ及びポンプ
において、ローラ７間の空間は、前述の導入／排出ポート１４，１４’により、
常に、モータ又はポンプ内における液体の満たされた他の空間と接続される。
【００４０】 本発明によるモータ及びポンプは、種々の流体を用いる様々な用途に用いるこ
とが出来る。ドリル用モータは、穿孔やコアリングに適しているだけでなく、井
戸のクリーニング／修復にも適しており、また、本発明は、その技術的範囲に、
本発明のモータが用いられるような、穿孔、コアリング、クリーニング／修復装
置を含み、同様に、本発明のモータを用いる穿孔、コアリング、クリーニング／
修復装置を駆動する方法も含む。
【００４１】 採収用モータ及びポンプは、石油用に適しているだけでなく、飲み水を汲み上
げたり、温泉を引いたり、また、例えば褐炭鉱山表面のような鉱山操業において
引き水を排出したりするために用いられることもできる。また、それらは、消火
活動や、海水を用いるような沖合いのプラットフォーム上での冷水設備において
も、用いられることができる。
【００４２】 それゆえ、本発明は、その技術的範囲内に、本発明によるモータ及び／又はポ
ンプが用いられるような、オイル及び水の採収装置の双方を含む。同様に、本発
明によるモータ及び／又はポンプを用いて、地下の貯留場から地表面まで水を汲
み上げるための方法や、地表面の溜め池から水を汲み上げる方法も含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるインナー／アウター一体型ハウジングを有するローラベーンモー
タの横断面を上から見た場合における断面図である。
【図２】 図１に示されるモータの長手方向の概略を示す側面図である。
【図３】 図１に示されるローラベーンモータの他の実施例の横断面を上から見た場合に
おける断面図である。
【図４】 図１に示されるローラベーンモータの他の実施例の横断面を上から見た場合に
おける断面図である。
【図５】 図１に示されるローラベーンモータの一部分の横断面を上から見た場合におけ
る断面図であり、２つの特徴的な配置を示すものである。
【図６】 外被を有するドリル用モータとして使用する場合のローラベーンモータの横断
面を上から見た場合における断面図である。
【図７】 図６に示されるモータの長手方向の概略を示す側面図である。
【図８】 本発明によるローラベーンポンプの横断面を上から見た場合における断面図で
ある。
【図９】 本発明によるローラベーンポンプの横断面を上から見た場合における断面図で
ある。
【図１０】 本発明によるローラベーンポンプの横断面を上から見た場合における断面図で
ある。
【図１１】 本発明によるローラベーンポンプの横断面を上から見た場合における断面図で
ある。
【図１２】 本発明によるローラベーンモータ及びローラベーンポンプの一部分の横断面を
上から見た場合における断面図であり、特徴的な実施例を示す。
【図１３】 本発明によるローラベーンモータの横断面を上から見た場合における断面図で
あり、回転プロセス中に生じるハイドロ現象を示すものである。
【図１４】 本発明によるローラベーンモータ及びローラベーンポンプの一部分の横断面を
上から見た場合における断面図であり、特徴的な実施例を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 １００７６１３ (32)優先日 平成９年11月25日(1997．11．25) (33)優先権主張国 オランダ（ＮＬ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体により駆動されるローラベーンモータ又は流体を汲み上
    げるためのローラベーンポンプであって、仮想の主軸線方向で対向した軸方向端
    部を有するハウジング（１）と該ハウジング（１）内部のロータースペースにお
    いて前記主軸線のまわりに回転するローター（２）とを有し、前記ハウジング（
    １）の内壁と当該ローター（２）との間に環状の空間を有しており、前記ハウジ
    ング（１）は、前記ローター（２）と前記ハウジング（１）の内壁との間の環状
    の空間を複数のチャンバー（８ａ，ｂ）に分割する内側に突出した羽根用偏向カ
    ム（５）を有しており、前記ローター（２）は、前記ローター（２）の周辺に沿
    うようにして且つ実質的に前記主軸線に平行に延びるようにして、設けられた複
    数の溝（６）を有しており、各溝（６）は、突出位置から後退位置まで変位可能
    な円柱状のローラ（７）を有しており、該ローラ（７）は、前記突出位置にある
    際には、複数の羽根用偏向カム（５）同士の間において前記ハウジング（１）の
    内壁に接触し、前記後退位置にある際には、一の羽根用偏向カム（５）に接触す
    るものであり、前記ローラ（７）は、前記チャンバー（８ａ，ｂ）を高圧チャン
    バー部（８ａ）と低圧チャンバー部（８ｂ）とに仕切るものであり、各羽根用偏
    向カム（５）は、前記ハウジング（１）の内壁から内側に向かって迫り出しそこ
    を通過するローラ（７）を前記突出位置から前記後退位置まで押し込める乗り上
    げ部と、前記ハウジング（１）の内壁に向かって外側に延びてそこを通過するロ
    ーラ（７）を前記後退位置から前記突出位置に向かって移動させる下降部を有し
    ており、その近傍に、駆動用の前記流体用の又は汲み上げられた前記流体用の導
    入ポートと排出ポートが、前記ロータスペースに接続されるようにして、形成さ
    れている、ローラベーンモータ又はローラベーンポンプにおいて、 前記駆動用の流体又は前記汲み上げられた流体を通過させるための流路が、前
    記ハウジング（１）の軸方向端部間に設けられていることを特徴とするローラベ
    ーンモータ又はローラベーンポンプ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のローラベーンモータ又はポンプにおいて、前
    記ハウジング（１）は、軸方向端部の一方に、前記ローター（２）用の第１のベ
    アリング部（４）を有しており、該第１のベアリング部は、羽根用偏向カム（５
    ）の各下降部において又は各下降部近傍において、一又はそれ以上の導入ポート
    （１０）を有しており、前記ハウジング（１）は、他方の前記軸方向端部に、前
    記ローター（２）用の第２のベアリング部（３）を有しており、該第２のベアリ
    ング部は、羽根用偏向カム（５）の各乗り上げ部において又は各乗り上げ部近傍
    において、一又はそれ以上の排出ポート（９）を有している、ことを特徴とする
    ローラベーンモータ又はポンプ。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のローラベーンモータにおいて、前記
    ローター（２）は、中心導管（１３）を有しており、該中心導管（１３）は、前
    記ロータースペースから隔離され且つローター（２）の長手方向に延設されて、
    前記ハウジングの軸方向端部間において前記駆動用の流体用の流路を提供するこ
    とを特徴とするローラベーンモータ。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のローラベーンモータにおいて、前記ローター
    （２）は、中心導管（１３）を有しており、該中心導管（１３）は、前記ロータ
    ー（２）における溝（６）まで通ずる導入ポート（１４）であって前記ローター
    スペースに対して駆動用の流体を供給するための導入ポート（１４）により、前
    記ロータスペースと接続されていることを特徴とするローラベーンモータ。
  5. 【請求項５】 請求項４記載のローラベーンモータにおいて、前記中心導管
    （１３）は塞がれていることを特徴とするローラベーンモータ。
  6. 【請求項６】 請求項１記載のローラベーンモータにおいて、 前記ハウジング（１）は、前記軸方向端部の一方において、前記ローター（２
    ）用の第１のベアリング部（４）を有しており、該第１のベアリング部（４）は
    、羽根用偏向カム（５）の各下降部において又は各下降部近傍において、一又は
    それ以上の導入ポート（１０）を有しており、前記ハウジング部（１）は、他方
    の前記軸方向端部に、前記ローター（２）用の第２のベアリングポート（３）を
    有しており、前記ハウジング（１）は、羽根用偏向カム（５）の各乗り上げ部に
    おいて又は各乗り上げ部近傍において一又はそれ以上の排出ポート（１１）を有
    しており、該排出ポート（１１）は、前記軸方向端部間において前記ハウジング
    （１）の外表面まで通じ、駆動用の流体を前記ロータースペースから排出するた
    めのものであり、前記ローター（２）は、中心導管（１３）を有しており、該中
    心導管（１３）は、前記ロータスペースから隔離されると共に前記ローター（２
    ）の長手方向に延設されて、前記ハウジング（１）の軸方向端部間において前記
    駆動用流体の流路を提供することを特徴とするローラベーンモータ。（図３）
  7. 【請求項７】 請求項１記載のローラベーンモータであって、ドリルビット
    を駆動するためのローラベーンモータにおいて、前記ハウジング（１）は、軸方
    向端部の一方において、前記ローター（２）用の第１のベアリング部（４）を有
    しており、前記ローター（２）は、前記第１のベアリング部（４）側において、
    中心導入用導管（１３）を有しており、該中心導入用導管（１３）は、前記ロー
    ター（２）内における前記溝（６）まで通ずる導入ポート（１４）であって前記
    ロータースペースに対して駆動用の流体を供給するための導入ポート（１４）に
    より、前記ロータースペースと接続されており、前記ハウジング（１）は、前記
    ローター（２）用の第２のベアリング部（３）を有しており、前記ハウジング（
    １）は、羽根用偏向カム（５）の各乗り上げ部において又は各乗り上げ部近傍に
    おいて、一又はそれ以上の排出ポート（１１）を有しており、該排出ポート（１
    １）は、前記ロータースペースと前記第２のベアリング部（３）の外側の接続路
    に接続されており、該接続路は、前記ローター（２）の一部分の内部における内
    部排出導管に接続され、前記ローター（２）は、前記ドリルビットを取り付ける
    ためのものである、ことを特徴とするローラベーンモータ。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のローラベーンモータにおいて、前記導入管
    （１３）及び排出管は、前記ローター（２）内部に接続されていることを特徴と
    するローラベーンモータ。
  9. 【請求項９】 請求項３、４、６又は８に記載されたローラベーンモータに
    おいて、レギュレータが、前記ローター（２）内における前記導管を通じて流れ
    る駆動用の流体の総量を調節する一方、前記ロータースペースを通じて流れる駆
    動用の流体の総量を調節するために設けられていることを特徴とするローラベー
    ンモータ。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載のローラベーンポンプにおいて、前記排出ポ
    ート（１４’）は前記ローター（２）内の前記溝（６）内に設けられ、前記ロー
    ター（２）における排出導管（１３）に接続されていることを特徴とするローラ
    ベーンポンプ。（図１０）。
  11. 【請求項１１】 流体により駆動されるローラベーンモータ又は流体を汲み
    上げるためのローラベーンポンプであって、仮想の主軸線方向で対向した軸方向
    端部を有するハウジング（１）と該ハウジング（１）内部のロータースペースに
    おいて前記主軸線のまわりに回転するローター（２）とを有し、前記ハウジング
    （１）の内壁と当該ローター（２）との間に環状の空間を有しており、前記ハウ
    ジング（１）は、前記ローター（２）と前記ハウジング（１）の内壁との間の環
    状の空間を複数のチャンバー（８ａ，ｂ）に分割する内側に突出した羽根用偏向
    カム（５）を有しており、前記ローター（２）は、前記ローター（２）の周辺に
    沿うようにして且つ実質的に前記主軸線に平行に延びるようにして、設けられた
    複数の溝（６）を有しており、各溝（６）は、突出位置から後退位置まで変位可
    能な円柱状のローラ（７）を有しており、該ローラ（７）は、前記突出位置にあ
    る際には、複数の羽根用偏向カム（５）同士の間において前記ハウジング（１）
    の内壁に接触し、前記後退位置にある際には、一の羽根用偏向カム（５）に接触
    するものであり、前記ローラ（７）は、前記チャンバー（８ａ，ｂ）を高圧チャ
    ンバー部（８ａ）と低圧チャンバー部（８ｂ）とに仕切るものであり、各羽根用
    偏向カム（５）は、前記ハウジング（１）の内壁から内側に向かって迫り出しそ
    こを通過するローラ（７）を前記突出位置から前記後退位置まで押し込める乗り
    上げ部と、前記ハウジング（１）の内壁に向かって外側に延びてそこを通過する
    ローラ（７）を前記後退位置から前記突出位置に向かって移動させる下降部を有
    しており、その近傍に、駆動用の前記流体用の又は汲み上げられた前記流体用の
    導入ポートと排出ポートが、前記ロータスペースに接続されるようにして、形成
    されている、ローラベーンモータ又はローラベーンポンプにおいて、 前記ハウジング（１）は、軸方向端部の一方において、前記ローター（２）用
    の第１のベアリング部（４）を有しており、該第１のベアリング部（４）は、羽
    根用偏向カム（５）の各下降部において又は各下降部近傍において一又はそれ以
    上の導入ポート（１０）を有しており、前記ハウジング（１）は、他方の軸方向
    端部において、前記ローター（２）用の第２のベアリング部（３）を有しており
    、羽根用偏向カム（５）の各乗り上げ部において又は各乗り上げ部近傍において
    一又はそれ以上の排出ポート（１１）を有しており、該排出ポート（１１）は、
    軸方向端部間において、前記ハウジング（１）の外表面に通じている、ことを特
    徴とするローラベーンモータ又はローラベーンポンプ。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のローラベーンモータ及び請求項１１に
    記載のローラベーンポンプにおいて、 前記ローラベーンポンプを、前記ローラベーンモータにより駆動することを特
    徴とするものであり、その際、前記ローラベーンモータの一の軸方向端部及び前
    記ローラベーンポンプの一の軸方向端部は、互いに向き合い整列して、接続され
    ており、前記ローラベーンモータは、前記ハウジング（１）の一の前記軸方向端
    部であって前記ローラベーンポンプから遠い方の軸方向端部に駆動用の流体を供
    給するための導入ポート（１０）を有し、前記ハウジング（１）内に排出ポート
    （１１）を有しており、前記ローラベーンポンプは、前記ハウジング（１）の一
    の前記軸方向端部であって前記ローラベーンモータから遠い方の軸方向端部に導
    入ポート（１０）を有し、前記ハウジング（１）に排出ポート（１１）を有して
    いる、ことを特徴とするローラベーンモータ及びローラベーンポンプ。
  13. 【請求項１３】 流体を汲み上げるためのローラベーンポンプであって、仮
    想の主軸線方向で対向した軸方向端部を有するハウジング（１）と該ハウジング
    （１）内部のロータースペースにおいて前記主軸線のまわりに回転するローター
    （２）とを有し、前記ハウジング（１）の内壁と当該ローター（２）との間に環
    状の空間を有しており、前記ハウジング（１）は、前記ローター（２）と前記ハ
    ウジング（１）の内壁との間の環状の空間を複数のチャンバー（８ａ，ｂ）に分
    割する内側に突出した羽根用偏向カム（５）を有しており、前記ローター（２）
    は、前記ローター（２）の周辺に沿うようにして且つ実質的に前記主軸線に平行
    に延びるようにして、設けられた複数の溝（６）を有しており、各溝（６）は、
    突出位置から後退位置まで変位可能な円柱状のローラ（７）を有しており、該ロ
    ーラ（７）は、前記突出位置にある際には、複数の羽根用偏向カム（５）同士の
    間において前記ハウジング（１）の内壁に接触し、前記後退位置にある際には、
    一の羽根用偏向カム（５）に接触するものであり、前記ローラ（７）は、前記チ
    ャンバー（８ａ，ｂ）を高圧チャンバー部（８ａ）と低圧チャンバー部（８ｂ）
    とに仕切るものであり、各羽根用偏向カム（５）は、前記ハウジング（１）の内
    壁から内側に向かって迫り出しそこを通過するローラ（７）を前記突出位置から
    前記後退位置まで押し込める乗り上げ部と、前記ハウジング（１）の内壁に向か
    って外側に延びてそこを通過するローラ（７）を前記後退位置から前記突出位置
    に向かって移動させる下降部を有しており、その近傍に、汲み上げられた前記流
    体用の導入ポートと排出ポートが、前記ロータスペースに接続されるようにして
    、形成されている、ローラベーンモータ又はローラベーンポンプにおいて、 前記ハウジング（１）は、軸方向端部の一方において、前記ローター（２）用
    の第１のベアリング部（４）を有しており、該第１のベアリング部（４）は、羽
    根用偏向カム（５）の各乗り上げ部において又は各乗り上げ部近傍において一又
    はそれ以上の排出ポート（１０’）を有しており、前記ハウジング（１）は、他
    方の軸方向端部において、前記ローター（２）用の第２のベアリング部（３）を
    有しており、羽根用偏向カムの各下降部において又は各下降部近傍において前記
    ハウジング（１）は、軸方向端部間に、前記ロータースペースに対して流体を供
    給するための導入ポート（１１’）を有する、ことを特徴とするローラベーンポ
    ンプ。（図９）。
  14. 【請求項１４】 流体により駆動されるローラベーンモータ又は流体を汲み
    上げるためのローラベーンポンプであって、特に、先行する請求項の一以上に記
    載されたモータ又はポンプにおいて、仮想の主軸線方向で対向した軸方向端部を
    有するハウジング（１）と該ハウジング（１）内部のロータースペースにおいて
    前記主軸線のまわりに回転するローター（２）とを有し、前記ハウジング（１）
    の内壁と当該ローター（２）との間に環状の空間を有しており、前記ハウジング
    （１）は、前記ローター（２）と前記ハウジング（１）の内壁との間の環状の空
    間を複数のチャンバー（８ａ，ｂ）に分割する内側に突出した羽根用偏向カム（
    ５）を有しており、前記ローター（２）は、前記ローター（２）の周辺に沿うよ
    うにして且つ実質的に前記主軸線に平行に延びるようにして、設けられた複数の
    溝（６）を有しており、各溝（６）は、突出位置から後退位置まで変位可能な円
    柱状のローラ（７）を有しており、該ローラ（７）は、前記突出位置にある際に
    は、複数の羽根用偏向カム（５）同士の間において前記ハウジング（１）の内壁
    に接触し、前記後退位置にある際には、一の羽根用偏向カム（５）に接触するも
    のであり、前記ローラ（７）は、前記チャンバー（８ａ，ｂ）を高圧チャンバー
    部（８ａ）と低圧チャンバー部（８ｂ）とに仕切るものであり、各羽根用偏向カ
    ム（５）は、前記ハウジング（１）の内壁から内側に向かって迫り出しそこを通
    過するローラ（７）を前記突出位置から前記後退位置まで押し込める乗り上げ部
    と、前記ハウジング（１）の内壁に向かって外側に延びてそこを通過するローラ
    （７）を前記後退位置から前記突出位置に向かって移動させる下降部を有してお
    り、その近傍に、駆動用の前記流体用の又は汲み上げられた前記流体用の導入ポ
    ートと排出ポートが、前記ロータスペースに接続されるようにして、形成されて
    いる、ローラベーンモータ又はローラベーンポンプにおいて、 各羽根用偏向カム（５）の前記下降部において、第１の流路が、前記ローラ（
    ７）が前記後退位置から前記突出位置まで該下降部を下るようにして移動する間
    、前記ローラ（７）前方に位置するチャンバー部と前記ローラ（７）の後方に位
    置するチャンバー部との間に開接続を形成する、ことを特徴とするローラベーン
    モータ又はローラベーンポンプ。
  15. 【請求項１５】 先行する一又はそれ以上の請求項に記載されたローラベー
    ンモータ又はローラベーンポンプにおいて、各羽根用偏向カム（５）の乗り上げ
    部において、前記ローラ（７）が前記突出位置から前記後退位置まで乗り上げ移
    動する間、第２の流路が、前記ローラ（７）の前方に位置するチャンバー部と前
    記ローラ（７）の後方に位置するチャンバー部との間に開接続を形成する、こと
    を特徴とするローラベーンモータ又はローラベーンポンプ。
  16. 【請求項１６】 請求項１４又は請求項１５に記載のローラベーンモータ又
    はローラベーンポンプにおいて、前記第１の流路は前記ロータースペースと導入
    ポート（９’、１０）に接続された口部により形成され、前記口部は、少なくと
    も、前記羽根用偏向カム（５）の前記下降部の幅の一部分と、さらに加えて、前
    記羽根用偏向カム（５）の円弧部分の近接する部分とをカバーしている、ことを
    特徴とするローラベーンモータ又はローラベーンポンプ。（図１４Ａ）。
  17. 【請求項１７】 請求項１４乃至１６のいずれかに記載のローラベーンモー
    タ又はローラベーンポンプにおいて、前記第２の流路は、前記ロータースペース
    及び排出ポート（９，１０’）に接続された口部により形成され、前記口部は、
    少なくとも、前記羽根用偏向カム（５）の前記乗り上げ部の幅の一部分と、さら
    に加えて、前記羽根用偏向カム（５）の円弧部分の近接する部分とをカバーして
    いる、ことを特徴とするローラベーンモータ又はローラベーンポンプ。（図１４
    Ａ）。
  18. 【請求項１８】 請求項１６又は１７に記載のローラベーンモータ又はロー
    ラベーンポンプにおいて、導入及び／又は排出ポート（１０，１０’、９，９’
    ）に接続された前記口部は、前記羽根用偏向カム（５）の関連する前記乗り上げ
    部又は下降部を短くし、さらに加えて、前記羽根用偏向カム（５）の前記円弧部
    分の前記近接する部分を短くすることにより、得られることを特徴とするローラ
    ベーンモータ又はローラベーンポンプ。
  19. 【請求項１９】 請求項１６乃至１８の一又はそれ以上に記載のローラベー
    ンモータ又はローラベーンポンプにおいて、前記導入及び／又は排出ポート（１
    ０，１０’、９，９’）は、前記ローター（２）用のベアリング部内に設けられ
    ており、部分的に又は全体的に、前記羽根用偏向カム（５）の前記乗り上げ部／
    下降部の縁と前記ハウジング（１）の内壁との間に、位置していることを特徴と
    するローラベーンモータ又はローラベーンポンプ。（図１２Ａ，１２Ｂ）。
  20. 【請求項２０】 請求項１６又は１７に記載のローラベーンモータ又はロー
    ラベーンポンプにおいて、前記第１の流路又は前記第２の流路は、２つの別個の
    ポート（１１，１１’、１７）からなることを特徴とするローラベーンモータ又
    はローラベーンポンプ。（図１４Ｂ）。
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