JPH10184561A

JPH10184561A - 螺旋状シールの螺旋溝構造

Info

Publication number: JPH10184561A
Application number: JP22175697A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Imai; 淳今井; Toru Imai; 徹今井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-08-18
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】螺旋溝の形成を容易かつ精度よく作成できる
ようにし、さらに螺旋溝と螺旋状シールとの摩擦により
生じる隙間を無くすように螺旋状スプリングの各巻き線
間ピッチを調整できるようにした。【解決手段】筒部材１の中に軸部材を装着し、その両
者間に螺旋溝１３を設けるとともに螺旋溝１３内に螺旋
状シール４を挿入し、筒部材１と軸部材２との相対的な
回転あるいは軸方向移動などによりポンプ作用、流量制
御やモータ作用などを行う螺旋状シールの螺旋溝構造に
おいて、軸部材２の外周または筒部材１の内周に螺旋状
スプリング３を圧入固定することにより、螺旋溝１３を
各巻き線間に形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒部材内に挿入さ
れた軸部材の外周と筒部材の内周との間に螺旋状シール
を設け、その螺旋状シールの回転（軸部材と筒部材との
相対的な回転に基づく自転または公転を含む）により、
螺旋状シールにより形成される螺旋通路に流体を流して
ポンプ作用、流量制御やモータ作用をするようにした螺
旋状シールの螺旋溝構造に関する。

【０００２】また、本発明は、筒部材の孔内に軸部材が
嵌合され、それら両者間に螺旋状溝を設けてその中に螺
旋状シールを挿入し、軸部材または筒部材が軸方向の往
復動または回転移動することにより、筒部材の内周と軸
部材の外周および螺旋状スプリングと螺旋状シールの接
触面間の隙間から流体が洩れるのを防止したり、適切に
制御するようにした螺旋状シールの螺旋溝構造に関す
る。

【０００３】

【従来の技術】筒部材の内周に軸部材を同心状に嵌合し
て、その接合面部分に螺旋通路を形成することにより流
体エネルギーの変換をさせる装置として、(1) 螺旋通路
を流れる流体の圧力あるいは流量を制御するもの、(2)
筒部材と軸部材のうち螺旋通路を形成した方の部材を回
転することにより、螺旋通路中の流体を螺旋通路の進行
方向に押し出させてポンプ作用をさせるもの、(3) 螺旋
通路に圧力流体を流すことにより螺旋通路を形成した方
の部材を回転させてハイドロリックタービンなどの作用
をさせるものがある。

【０００４】前記の螺旋通路を形成するためには、筒部
材の内周あいるは軸部材の外周に螺旋溝を形成して、そ
の中に螺旋状シールを挿入して各巻き線間に螺旋通路を
形成するようにしている。

【０００５】さらに、本願発明者が先に提案した孔部材
と軸部材間の密封構造（特許番号第２５１６９９２号）
では、筒部材の内周に軸部材を同心状に挿入して両者の
接合面のどちらかに、螺旋溝を設けてその中に螺旋状シ
ールを挿入させ、軸部材または筒部材を軸方向に往復動
するか、あるいは回転させることにより、筒部材の内周
と軸部材の外周との間の隙間、あるいは螺旋状シールの
各巻き線間の螺旋状隙間から流体が洩れることを防止で
きるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
螺旋状シールを配置するためには、筒部材の内周または
軸部材の外周に螺旋溝を形成しているが、その螺旋溝を
切削加工機械で加工する作業は複雑となり、精度良く加
工することが困難である。

【０００７】また、螺旋溝内に挿入された螺旋状シール
は、螺旋溝内で溝の深さ方向に移動するため、螺旋溝の
内壁と螺旋状シールの側面とが摩耗して、流体の加圧能
力が低減したり、流体の洩れが生じるという問題もあ
る。

【０００８】本発明の目的は、螺旋溝の形成を容易かつ
精度良く行うことができるようにすることにある。

【０００９】本発明の目的は、螺旋溝と螺旋状シールと
の摩耗により生じる隙間をなくすように、切削加工によ
って螺旋溝を形成することなく、螺旋状スプリングの巻
き線間で螺旋溝を形成することにより、各巻き線ピッチ
を調整できるようにすることにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１２】すなわち、本発明の螺旋状シールの螺旋溝
構造は、円筒形状の筒部材とこの筒部材内に相対回転自
在に装着される軸部材とを有し、前記軸部材の外周と前
記筒部材の内周との間に、単条または複数条の螺旋溝を
設けるとともに、前記螺旋溝内に螺旋状シールを挿入
し、前記螺旋状シールの各巻き線間に形成される螺旋通
路に流体を流してポンプ作用、流量制御やモータ作用を
させるようにした螺旋状シールの螺旋溝構造であって、
前記軸部材の外周または筒部材の内周に螺旋状スプリン
グを固定してその螺旋状スプリングの各巻き線間により
前記螺旋溝を構成したことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の螺旋状シールの螺旋溝構造
は、円筒形状の筒部材とこの筒部材内に嵌合される軸部
材とを有し、前記軸部材と前記筒部材との間に、単条ま
たは複数条の螺旋溝を設けるとともに、前記螺旋溝内に
螺旋状シールを挿入し、前記軸部材と前記筒部材との相
対的軸方向移動または回転移動により前記筒部材の内周
と前記軸部材の外周との間の隙間から流体が流れるのを
防止または洩れ量を制御する螺旋状シールの螺旋溝構造
であって、前記軸部材の外周または前記筒部材の内周に
螺旋状スプリングを固定してその螺旋状スプリングの各
巻き線間により前記螺旋溝を構成したことを特徴とす
る。

【００１４】本発明にあっては、筒部材の外周に螺旋状
スプリングを設けることにより、この螺旋状スプリング
の巻き線間で螺旋溝を形成するようにし、その螺旋溝の
中に螺旋状シールを挿入するようにしたことから、螺旋
状シールの側面におけるねじれ面やうねり曲面に対応し
た面が螺旋状スプリングの側面にも形成されることか
ら、螺旋状シールの側面が螺旋溝の側面にぴったりと密
着することになり、シール性の向上が達成される。

【００１５】螺旋状スプリングにより螺旋溝を形成する
ようにしたことから、螺旋状スプリングと螺旋状シール
とが摩耗しても、螺旋状スプリングの巻き線それぞれの
軸方向の位置を調整することにより、常にそれぞれの側
面を確実に密着させることができる。

【００１６】螺旋状スプリングおよび螺旋状シールのピ
ッチや螺旋溝の深さを軸部材に軸方向に沿って変化させ
るようにして、螺旋溝や螺旋通路の断面積を軸方向に沿
って変化させるようにしても良い。

【００１７】本発明の螺旋溝構造は、ガスなどの圧縮性
の流体を加圧するための圧縮機つまりコンプレッサや、
非圧縮性の流体を吐出させるためのポンプとして適用す
ることができ、コンプレッサとして適用する場合には、
螺旋溝や螺旋通路の断面積を軸方向に沿って変化させる
ようにしても良い。

【００１８】螺旋状スプリングは軸部材あるいは筒部材
のいずれに固定するようにしても良く、螺旋状スプリン
グの数を１つとすることにより、一本の連なった螺旋状
スプリングにより１条つまり単条の螺旋溝を形成し、そ
の中に１本の連なった螺旋状シールを挿入するようにし
ても良く、複数の螺旋状スプリングを軸部材あるいは筒
部材に固定することにより、複数条の螺旋溝を形成する
ようにし、その中に複数本の螺旋状シールを挿入するよ
うにしても良い。

【００１９】ポンプやモータなどとして適用する場合に
は、軸部材と筒部材は一方を他方に対して回転させるよ
うにすれば、いずれを回転させるようにしても良い。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明の螺旋状シールの螺旋溝構造
をポンプに適用した実施の形態を示す。このポンプは、
円筒形状の筒部材１と、この筒部材１の内径よりも外径
が小さく形成され、筒部材１の中に装着される円柱状の
軸部材２とを有している。軸部材２は、図示する場合に
は、筒部材１の中心軸Ｏ₁に対して回転中心Ｏ₂が偏心
量Ｅだけ偏心しており、軸部材２が筒部材１の中で回転
駆動されるようになっている。

【００２２】軸部材２の外周には、図示するように、断
面四辺形の１本の連なった弾性体製の部材を用いてヘリ
カル状のコイルに形成された螺旋状スプリング３が固定
されている。軸部材２の外周に固定された螺旋状スプリ
ング３によって、軸部材２の外周と螺旋状スプリング３
の各巻き線間には、一条つまり単条の連なった螺旋溝１
３が形成されることになる。この一条の連なった螺旋溝
１３内には、螺旋状シール４が径方向に摺動自在に挿入
されている。

【００２３】断面が四辺形の部材を用いてヘリカル状つ
まり螺旋状のコイルとした螺旋状シール４は、各巻き線
の側面にはねじれ面ないしうねり曲面が形成されること
になる。したがって、螺旋状シール４を軸部材２に装着
するために、うねり曲面を有する螺旋溝を軸部材２に切
削加工により形成することは困難であり、特にその螺旋
溝の深さが深い場合には、殆ど不可能である。

【００２４】図示するように、螺旋状スプリング３を軸
部材２の外周に取り付けることによって、その螺旋状ス
プリング３の巻き線間に螺旋溝１３を形成するようにす
ると、螺旋状スプリング３の各巻き線の側面にも螺旋状
シール４の側面に対応したねじれ面ないしうねり曲面が
形成されるので、螺旋状シール４の側面は螺旋溝１３の
側面に密着することになり、シール性が向上することに
なる。

【００２５】螺旋状スプリング３の外周と筒部材１の内
周との間であって、かつ螺旋状シール４の各巻き線間に
は、螺旋通路１４が形成されることになり、図１（Ｂ）
に示すように、軸部材２が筒部材１に対して偏心して装
着されていることから、軸部材２を筒部材１内で回転さ
せると、螺旋通路１４を流れる流体は加圧されることに
なり、ポンプ作用が得られる。つまり、螺旋通路１４は
ポンプ室ないし加圧室として機能することになる。同様
に、螺旋溝１３のうち螺旋状シール４の内周と螺旋状ス
プリング３の各巻き線間とにより形成される隙間は螺旋
通路を形成することになり、この部分もポンプ室ないし
加圧室として機能することになる。

【００２６】螺旋溝１３は、上述したように、軸部材２
の外周に螺旋状スプリング３を固定することにより、螺
旋状スプリング３の各巻き線間により一条に連なって形
成される。螺旋状スプリング３を軸部材２の外周に固定
するには、予め線状の弾性体製の部材を螺旋状つまりコ
イル状に形成した後に、それが軸部材２の外周に圧入さ
れる。螺旋状スプリング３を軸部材２へ圧入することに
より、螺旋状スプリング３と軸部材２の両者間の摩擦に
よってそれらは一体に回転することになる。

【００２７】螺旋状スプリング３が軸部材２から外れな
いようにするために、螺旋状スプリング３の端部を軸部
材２の外周にねじ止めするようにしても良い。螺旋状ス
プリング３および螺旋状シール４は、それぞれ硬質ゴ
ム、プラスチック、青銅や鋼などの金属のように弾性変
形可能な部材により形成されている。

【００２８】図示する筒部材１の一端部に蓋部材６ｂが
一体となり、他端には蓋部材６ａが取り付けられるよう
になっており、蓋部材６ｂが一体に設けられた筒部材１
と蓋部材６ａとによりポンプのハウジングが構成されて
いる。ハウジングを構成する筒部材１の両端部には、流
入口７と流出口８とが設けられ、軸部材２が回転される
と、流入口７から筒部材１内に流体が流入され、軸部材
２の回転により流体が螺旋状シール４によって軸方向に
押されるとともに、螺旋通路１４の容積変化により流体
が加圧されて流出口８側に送られ、流出口８を経て外部
に流出されるようになっている。

【００２９】軸部材２の両端にはそれぞれ回転軸９ａ，
９ｂが軸部材２に一体に設けられ、回転軸９ｂは蓋部材
６ｂの凹部１０に取り付けられた軸受１１ｂにより回転
自在に保持され、回転軸９ａは蓋部材６ａに取り付けら
れた軸受１１ｂにより回転自在に保持されている。それ
ぞれの回転軸９ａ，９ｂの中心軸と軸部材２の中心軸は
同心となっており、各回転軸９ａ，９ｂは、筒部材１の
中心軸Ｏ₁から偏心した中心軸Ｏ₂を中心に回転するこ
とになる。

【００３０】軸部材２を回転駆動するための回転駆動装
置としては、モータ１２が使用されており、軸部材２の
端部に一体に設けられた回転軸９ａが軸受１１ａを貫通
してモータ１２に連結されている。図示する場合には、
回転軸９ａのみが蓋部材６ａから外側に突出しているの
で、突出側の軸受１１ａは密封性を有するように構成さ
れている。

【００３１】軸部材２の両端部外周には雄ねじ部１６が
形成されており、それぞれの雄ねじ部１６にはナット１
７が２つずつねじ結合され、これらのナット１７により
螺旋状スプリング３の両端は軸部材２に固定され、軸部
材２とともに螺旋状スプリング３は一体に回転する。図
示する場合には、螺旋状スプリング３をねじ部材（図示
せず）を用いて軸部材２に１個所で止め付け、図１
（Ｃ）に示すようにナット１７に設けられた複数のスト
ッパ１８のうち任意のストッパに、螺旋状スプリング３
の端部を係止させることより、螺旋状スプリング３が軸
部材２に対して滑り回転しないようになっている。

【００３２】したがって、螺旋状スプリング３の各巻き
線間のピッチは、リング状のナット１７の位置を調整す
ることにより、螺旋状スプリング３が軸方向に押される
ことになり、各巻き線間のピッチが調整される。これに
より、螺旋状シール４と螺旋状スプリング３とが相互の
接触により摩耗しても、螺旋状スプリング３の各巻き線
間のピッチを調整して接触面での隙間の発生をなくすこ
とができる。

【００３３】図１（Ａ）に示すように、螺旋状スプリン
グ３を構成する断面四辺形の線材の軸方向の寸法つまり
厚み寸法をＷ₃とし、径方向の寸法つまり幅寸法をＤ₃
とし、螺旋状シール４を構成する線材の同様の厚み寸法
をＷ₄とし、幅寸法をＤ₄とすると、Ｗ₃とＷ₄は相互
に同一寸法であり、Ｄ₃とＤ₄は相互に同一寸法となっ
ている。したがって、同一の線材を用いて螺旋状スプリ
ング３と螺旋状シール４とを製造することができる。ま
た、幅寸法Ｄ₃とＤ₄とを同一寸法とすることにより、
螺旋状スプリング３の各巻き線間により形成される螺旋
溝１３の溝深さと螺旋状シール４の寸法Ｄ₄が一致する
ことから、螺旋状シール４は螺旋溝１３内に完全に入り
込むことができる。ただし、螺旋状スプリング３の幅寸
法Ｗ₃と螺旋状シール４の幅寸法Ｗ₄とを相互に相違さ
せるようにしても良い。

【００３４】図示する場合には、螺旋状スプリング３の
外周が筒部材１の内周面のうちこれの長手方向に延びる
摺動接触部５の位置で線接触するように、偏心量Ｅとな
って偏心して軸部材２が筒部材１に対して装着されてお
り、螺旋状スプリング３の前記寸法Ｄ₃は螺旋状シール
４の前記寸法Ｄ₄と同一なので、図１（Ｂ）に示すよう
に、螺旋状シール４は中心軸Ｏ₂に対して摺動接触部５
と同一の位相角における軸部材２の外周面と摺動接触部
５ａにおいて接触することになる。螺旋状シール４のう
ち軸部材２の摺動接触部５ａ以外の部分は、図１（Ｂ）
において破線で示すように、螺旋状シール４の内面と軸
部材２の外面との間には相互に閉じられた複数の隙間が
形成され、その隙間により螺旋通路１３つまり加圧室な
いしポンプ室が形成されることになる。その隙間は摺動
接触部５ａに対して１８０度位相がずれた位置が最も大
きくなっている。

【００３５】そして、螺旋状シール４の各巻き線相互間
であって筒部材１の内面と軸部材２の外面との間に形成
される螺旋通路１４は、螺旋通路１３と同様に摺動接触
部５の部分で閉じられている。

【００３６】このような構造のポンプを用いてモータ１
２の機械的エネルギーを流体のエネルギーに変換するに
は、モータ１２により軸部材２を回転させる。それぞれ
の螺旋通路１３，１４のうち、流入口７に最も近い螺旋
通路は流入口７に連通しており、流出口８に最も近い螺
旋通路は流出口８に連通しており、それ以外の螺旋通路
は上述したように閉じられている。軸部材２の回転に伴
って螺旋状シール４は径方向に摺動することになり、流
入口７に最も近い螺旋通路１３，１４内に流入した流体
は軸部材２の回転により順次、図１（Ａ）において右側
の流出口８にねじ送りされ、加圧されることになる。加
圧された流体は流出口８から外部に流出される。

【００３７】図示するように、軸部材２を筒部材１の中
に偏心させて装着することにより、摺動接触部５では螺
旋状スプリング３が接触し、この位置における螺旋状シ
ール４の内面が軸部材２にも接触するようにしたことか
ら、流体を高い圧力にまで加圧することができる。ただ
し、高い圧力で加圧しない場合には、偏心させることな
く、螺旋状スプリング３の外周と筒部材１の内周とを同
一の隙間に設定するようにしても良い。

【００３８】また、図示する場合には、モータ１２によ
り軸部材２を回転させて螺旋状シール４によってポンプ
作用をさせるようにしているが、回転軸９ｂにモータ１
２を連結することなく、圧力流体を流入口７から筒部材
１の中に流入し、螺旋状シール４の各巻き線間の螺旋通
路１４および螺旋状スプリング３の各巻き線間の螺旋通
路１３に流体を流すことにより、軸部材２を回転させる
モータとすることができる。

【００３９】さらに螺旋通路１４，１３ａに圧力流体を
流すとともに、モータ１２の回転を制御して軸部材２を
回転させることにより、螺旋通路を流れる流体流量や流
体圧力を制御することができる。

【００４０】また、螺旋状シール４と螺旋状スプリング
３との接触面間隙を変化させ、流入口７からの圧力流体
をその螺旋溝における隙間をも通すことにより、流体の
減圧または流量制御することもできる。

【００４１】次に、実施の形態２である螺旋状シールの
螺旋溝構造について図２により説明する。

【００４２】この実施の形態では、軸方向両端が蓋部材
６ａ，６ｂにより閉じられた円筒状の筒部材１の中に、
円柱状の軸部材２が筒部材１の中心軸Ｏ₁に対して偏心
量Ｅだけ偏心させて挿入されている。軸部材２に一体に
設けられた支軸９ａ，９ｂは図２（Ｂ）に示すように、
筒部材１の中心軸Ｏ₁と同心となっており、軸部材２に
対しては偏心量Ｅで偏心している。そして、筒部材１の
内周に螺旋溝１３が形成され、その中に螺旋状シール４
が挿入され、螺旋状シール４の各巻き線間に螺旋通路１
４が形成されている。

【００４３】筒部材１を支軸９ａ，９ｂの回りに回転さ
せることにより、筒部材１は軸部材２に対して偏心回転
することになり、螺旋状シール４の各巻き線間に形成さ
れる螺旋通路１４を流れる流体を加圧し、ポンプ作用を
するようになっている。筒部材１の中心軸Ｏ₁と軸部材
２の中心軸Ｏ₂とを偏心させたのは、図１に示す場合と
同様の理由であり、筒部材１を軸部材２に対して同心回
転させる場合にも、前記実施の形態と同様に本発明を適
用することができる。

【００４４】図２に示された螺旋溝１３は、筒部材１の
内周に圧入された螺旋状スプリング３の各巻き線間によ
って形成されている。この螺旋状スプリング３の両端
は、筒部材１の両端部の内周面に形成された雌ねじ２１
にリング状の止めねじ２２を２つずつねじ結合すること
によって筒部材１内に固定されている。このように、螺
旋状スプリング３を筒部材１に固定することにより、螺
旋状スプリング３は筒部材１と一体に回転する。

【００４５】図示するように、螺旋状スプリング３が筒
部材１に対して滑り回転しないように、螺旋状スプリン
グ３の端部を筒部材１にねじ止めし、リング状の止めね
じ２２に複数のストッパを図１（Ｃ）と同様に設けるこ
とにより、螺旋状スプリング３の端部を任意の位置のス
トッパに係止させて、螺旋状スプリング３が筒部材１に
対して滑り回転しないようにしている。このように、螺
旋状スプリング３をリング状の止めねじ２２により固定
しているので、螺旋状スプリング３の各巻き線間のピッ
チは、止めねじ２２の位置を調整することにより、螺旋
状スプリング３が軸方向に押されて各巻き線間のピッチ
が調整される。これにより、螺旋状シール４と螺旋状ス
プリング３がそれらの接触面で摩耗したときに、螺旋状
スプリング３の各巻き線間のピッチを調整することがで
きる。

【００４６】軸部材２の軸方向両端には支軸９ａ，９ｂ
が設けられており、それぞれの支軸９ａ，９ｂは蓋部材
６ａ，６ｂに形成された貫通孔２３ａ，２３ｂを貫通し
て、固定台２４に固定された支持部材２５ａ，２５ｂに
固定されている。

【００４７】蓋部材６ａ，６ｂの貫通孔２３ａ，２３ｂ
には密封性を有する軸受１１ａ，１１ｂが設けられ、筒
部材１が回転可能に保持されており、筒部材１が支軸９
ａ，９ｂを中心に回転されるようになっている。

【００４８】筒部材１を回転させるため、筒部材１の外
周に環状歯車２６が設けられ、この歯車２６には、モー
タ１２により駆動される歯車２７が噛み合っている。各
支軸９ａ，９ｂには、蓋部材６ａ，６ｂを挟んでそれぞ
れの両側を連通する流入路７ａと流出路８ａとがそれぞ
れ形成され、流入路７ａから螺旋通路１３，１４を介し
て流出路８ａに流体が流れるようになっている。

【００４９】図２に示されたポンプでは、モータ１２に
より筒部材１が支軸９ａ，９ｂの回りに回転されて、そ
の回転により螺旋状シール４が軸部材２の回りを偏心回
転することになるので、図１に示す場合と同様に、螺旋
状シール４に流体が軸方向に加圧されて流れることにな
る。

【００５０】図２に示す場合には、螺旋状シール４によ
ってポンプ作用を行わせるようにしているが、筒部材１
にモータ１２を連結させることなく、圧力流体を流入路
７ａから筒部材１の中に供給し、螺旋状シール４の各巻
き線間の螺旋通路１３，１４に流して、流出路８ａから
流出するようにすれば、筒部材１を回転させるモータと
なる。また、流入路７ａからの圧力流体を螺旋状シール
４の各巻き線間の螺旋通路に流すとともに、モータ１２
の回転を制御して筒部材１を回転させることにより、螺
旋通路を流れる流体流量や流体圧を制御することができ
る。

【００５１】図３〜図７は図１に示した螺旋状シールの
螺旋溝構造の変形例であり、この場合には、軸部材２の
外周には２本の螺旋状スプリング３ａ，３ｂが固定さ
れ、これらの螺旋状スプリング３ａ，３ｂにより形成さ
れる螺旋溝１３の中に２本の螺旋状シール４ａ，４ｂが
挿入されている。つまり、２条の螺旋状スプリング３
ａ，３ｂにより２条の螺旋溝１３が形成され、それぞれ
の螺旋溝１３に螺旋状シール４ａ，４ｂが挿入されてい
る。螺旋状スプリングと螺旋状シールは、前述した場合
と同様に、硬質ゴム、プラスチック、青銅や鋼などの金
属のように、弾性変形可能な部材により形成されてい
る。

【００５２】その他の構造は図１に示す場合と同様であ
り、図３〜図７にあっては、図１における部材と共通す
る部材には同一の符号が付されている。

【００５３】筒部材１の両端には蓋部材６ａ，６ｂが配
置されており、これらの蓋部材６ａ，６ｂを８本のボル
ト３１により連結することにより、筒部材１と蓋部材６
ａ，６ｂとによりポンプハウジングが形成されている。
軸部材２の両端にこれに一体に設けられた回転軸９ａ，
９ｂにはそれぞれストッパ１７ａ，１７ｂが設けられ、
螺旋状スプリング３ａ，３ｂが軸部材２に固定されるよ
うになっている。

【００５４】２本のそれぞれの螺旋状スプリング３ａ，
３ｂは、それぞれ厚み寸法がＷ₃₀であり、幅寸法がＤ₃₀
である断面四辺形の帯状の金属製の部材を螺旋状つまり
コイル状に巻き付けることにより形成されており、２本
の螺旋状シール４ａ，４ｂも同様の寸法を有する部材を
螺旋状に巻き付けることにより形成されている。ただ
し、螺旋の内外径は螺旋状シール４ａ，４ｂの方が螺旋
状スプリング３ａ，３ｂよりも大きく設定されている。

【００５５】図３〜図７に示す場合には、螺旋状スプリ
ング３ａ，３ｂの寸法Ｗ₃₀に比して寸法Ｄ₃₀が、図１お
よび図２に示す場合よりも大きく設定されており、螺旋
状スプリング３ａ，３ｂにより形成される螺旋溝１３は
それぞれ相対的に深い溝となっている。このような深い
溝を軸部材２に切削加工により形成する場合には、螺旋
状シール４ａ，４ｂの側面に形成されたねじれ面やうね
り曲面に対応するねじれ面やうねり曲面を螺旋溝の側面
に形成することは、現実的には不可能である。これに対
して、螺旋状スプリング３ａ，３ｂを軸部材２の外周に
取り付けることにより、図示するように、螺旋溝１３を
形成すると、螺旋溝１３の側面には螺旋状シール４ａ，
４ｂの側面のうねり曲面に対応したうねり曲面が形成さ
れることになり、高いシール性を有する螺旋溝が得られ
ることになる。

【００５６】図６および７にあっては、軸部材２に固定
される２条の螺旋状スプリング３ａ，３ｂのうち、一方
の螺旋状スプリング３ａが実線で示され、他方の螺旋状
スプリング３ｂが二点鎖線で示されている。このよう
に、一方の螺旋状スプリング３ａの巻き線間に他方の螺
旋状スプリング３ｂの巻き線が位置するようになってお
り、それぞれのスプリング３ａ，３ｂの端部は相互に軸
部材２の中心に対して１８０度の位相となってずれてい
る。

【００５７】同様に、２条の螺旋状スプリング３ａ，３
ｂにより形成される２条の螺旋溝１３内には、相互に端
部の位相が軸部材２の中心に対して１８０度の位相とな
って２条の螺旋状シール４ａ，４ｂが挿入されている。

【００５８】図示する場合には、螺旋状スプリングおよ
び螺旋状シールがそれぞれ２条ずつ設けられた場合を示
すが、３条ずつあるいはそれ以上の複数条に螺旋状スプ
リングおよび螺旋状シールを設けるようにしても良い。

【００５９】さらに、これらを複数条設ける場合であっ
ても、図２に示すように、筒部材１の内面に螺旋状スプ
リングを固定して筒部材１を回転させるようにすること
も可能である。

【００６０】前述したそれぞれの実施の形態にあって
は、螺旋状スプリングと螺旋状シールがそれぞれ同一の
ピッチとなり、螺旋溝の深さも一定となっているが、そ
れぞれのピッチを軸方向の位置に応じて変化させるよう
にしても良い。また、螺旋通路１３，１４の径方向の寸
法つまり通路の深さを漸次変化させるようにして、螺旋
通路１３，１４の断面積を漸次変化させるようにしても
良い。

【００６１】このように、螺旋状スプリングと螺旋状シ
ールとの組合せにおいて、少なくとも一方を軸方向の厚
み寸法や径方向の幅寸法つまり深さ寸法を、軸方向に沿
って徐々に拡大させるようにしたり縮小させるようにし
て螺旋通路１３，１４の断面積を軸方向に沿って変化さ
せるようにすれば、ガスなどの圧縮性流体のポンピング
を行うためのコンプレッサとして有利となり、さらに液
体の増圧比を拡大させる際にも有利となる。

【００６２】図８は本発明のさらに他の実施の形態であ
る螺旋状シールの螺旋溝構造を示す図であり、この実施
の形態は、螺旋状シールに密封機能をもたせたものであ
る。

【００６３】円柱状の軸部材５２が、円筒状の筒部材５
１の孔内に同心状に嵌合され、軸方向に往復動するよう
になっており、軸部材５２の外周に設けた螺旋溝５３内
に螺旋状シール４が挿入されている。この螺旋状シール
４により筒部材５１の内周と軸部材５２の外周との間の
密封が保たれるようになっている。螺旋溝５３は、軸部
材５２の両端部を除いた中央部分に複数回巻きとなるよ
うに設けられており、この巻き数は用途に応じて任意と
することができ、密封圧力が大きい程巻き数を多くする
ことになる。

【００６４】螺旋溝５３は次のように構成されている。
軸部材５２の外周に螺旋状スプリング３を圧入して、螺
旋状スプリング３の各巻き線間を螺旋溝５３に形成す
る。螺旋状スプリング３は、軸部材５２への圧入による
軸部材との摩擦によりそれらは一体に回転するが、螺旋
状スプリング３の端部は軸部材５２の外周にねじ部材を
用いて止め付けるようにしても良い。螺旋状スプリング
３および螺旋状シール４は、前述した場合と同様に、硬
質ゴム、プラスチック、および青銅や鋼などの金属のよ
うに弾性変形可能な部材により形成されている。

【００６５】螺旋状スプリング３の両端は、軸部材５２
の両端外周に形成された雄ねじ部５６にナット５７を２
つずつねじ結合することにより固定されている。このよ
うに、螺旋状スプリング３を軸部材５２に固定すること
により、両者は一体に回転する。螺旋状スプリング３の
端部を軸部材５２にピンやねじ部材を用いて止め付ける
ようにし、ナット５７に複数のストッパを図１（Ｃ）に
示すように設けることにより、螺旋状スプリング３の端
部が任意の位置のストッパに係止されるようにして、螺
旋状スプリング３の軸部材５２に対する滑り回転をなく
すようにしている。

【００６６】このように、螺旋状スプリング３はナット
５７により固定されているので、螺旋状スプリング３の
各巻き線間のピッチは、ナット５７のねじ止め位置を調
整することにより、螺旋状スプリング３が軸方向に押さ
れて各巻き線間のピッチが調整される。これにより、螺
旋状シール４や螺旋状スプリング３がそれらの接触面で
摩耗したときには、螺旋状スプリング３の各巻き線間の
ピッチを調整して接触面での隙間をなくすことができ
る。

【００６７】また、螺旋状シール４と螺旋状スプリング
３との接触面隙間を調整することにより、流体の洩れ量
を制御することが可能となる。

【００６８】図８に示す密封構造において、筒部材５１
内を軸部材５２が軸方向に往復動したときには、螺旋状
シール４により軸部材５２の外周と筒部材５１の内周と
の間の密封が保たれる。この場合には、軸部材５２と筒
部材５１の間の隙間は微小であるので、螺旋状シール４
の各巻き線間を流体が洩れることがない。螺旋状シール
４の各巻き線間に螺旋状の微小隙間があったとしても、
螺旋状シールは複数回巻き付けられており、洩れようと
する流体は軸部材の運動方向に平行に流れることはでき
ず、長い螺旋状の隙間に沿って流れるため、大きな流れ
抵抗による圧力損失を生ずる。また、軸部材が軸方向に
往復移動する場合、螺旋状シールの一端部側の巻き線部
と他端部側の巻き線部とでは差圧が常に変化しており、
これにより更に流れが攪拌され、益々流れ抵抗が大きく
なる。このような状態で、軸部材５２は螺旋状シール４
の巻き線方向にほぼ直角に高速で移動するので密封に問
題はない。

【００６９】図８に示す場合には、軸部材５２の外周に
螺旋状スプリング３を圧入して各巻き線間に螺旋溝５３
を形成するようにしたが、筒部材５１の内周に螺旋状ス
プリング３を圧入して各巻き線間に螺旋溝５３を形成す
るようにしても良い。その場合には、螺旋状スプリング
３の固定は、図２に示す場合と同様にすれば、図８に示
す場合と同様に密封作用が得られる。

【００７０】また、図８に示す場合には、筒部材５１と
軸部材５２との相対運動が、シリンダ内のピストン運動
のように軸方向に往復移動するものであったが、その相
対運動が回転であっても同様に適用することができ、両
者間を密封することができる。この場合には、螺旋状シ
ール４は洩れ方向と反対方向にスクリューポンプ作用を
させる向きに配置され、各巻き線間を流体が洩れないよ
うにする。

【００７１】さらに、筒部材５１と軸部材５２とを相対
運動させることなく両者を固定状態にしても、単純に螺
旋状スプリング３と螺旋状シール４との接触面間隔を容
易に調整することができるので、螺旋状シール４の各巻
き線間に形成される螺旋通路、および螺旋状スプリング
３と螺旋状シール４との接触面間隔での流れ抵抗により
圧力損失を生じさせ、流量調整および圧力調整を行うこ
とができる。なお、図８に示す場合においても、螺旋状
スプリング３と螺旋状シール４とを複数条ずつ設けるよ
うにしても良い。

【００７２】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の
形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００７３】たとえば、螺旋状スプリングおよび螺旋状
シールのそれぞれは、金属製の部材を用いてそれを螺旋
状に曲げ形成するようにしても良く、ゴムや樹脂を用い
る場合には、それを成形金型を用いてコイル状に成形す
るようにしても良い。

【００７４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００７５】(1).筒部材内に軸部材を装着しそれらの対
向面に螺旋溝を形成して、その中に螺旋状シールを挿入
し、ポンプ作用、流量制御作用、モータ作用および密封
作用を行う装置において、螺旋状スプリングを軸部材の
外周か、あるいは筒部材の内周に圧入して固定すること
により、螺旋状スプリングの各巻き線間に、螺旋状溝を
形成するようにしたので、螺旋溝を切削加工により形成
する場合に比較して、容易にそれを形成することができ
る。

【００７６】(2).螺旋状スプリングの両端は、軸部材の
外周かあるいは筒部材の内周にねじ止めされるナットに
より固定されるので、ナットの固定位置により螺旋状ス
プリングの軸方向の位置を変更することによって各巻き
線間のピッチを調整することができる。これにより、螺
旋溝と螺旋状シールの接触面が摩耗しても隙間が発生し
た場合には、ナットの固定位置を調整することにより、
摩耗した隙間をなくすことができ、所定のポンプ作用や
流量制御などを精度良くすることができる。

【００７７】(3).螺旋溝の側面を螺旋状シールの側面の
うねり曲面なねじれ面に対応させた側面とすることがで
きるので、螺旋溝と螺旋状シールとの密着性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の一実施の形態である螺旋溝構
造を示す縦断面図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）における
Ｂ−Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）はナットを示す正
面図である。

【図２】（Ａ）は本発明の他の実施の形態である螺旋溝
構造を示す縦断面図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）におけ
るＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）は同図（Ａ）に
おけるＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図３】本発明のさらに他の実施の形態である螺旋溝構
造を示す縦断面図である。

【図４】図３における４−４線に沿う断面図である。

【図５】図３における５−５線に沿う断面図である。

【図６】図３に示された軸部材とこれに装着された螺旋
状スプリングを示す一部切り欠き正面図である。

【図７】図６の一部切り欠き斜視図である。

【図８】本発明のさらに他の実施の形態である螺旋溝構
造を示す断面図である。

【符号の説明】

１筒部材２軸部材３，３ａ，３ｂ螺旋状スプリング４，４ａ，４ｂ螺旋状シール５，５６ａ摺動接触部６ａ，６ｂ蓋部材７流入口７ａ流入路８流出口８ａ流出路９ａ，９ｂ回転軸１１ａ，１１ｂ軸受１３螺旋溝（螺旋通路）１４螺旋通路５１筒部材５２軸部材５３螺旋溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596169439 越智雅文埼玉県鴻巣市大間２丁目11番105号 (72)発明者今井淳埼玉県朝霞市宮戸１丁目１番24号 (72)発明者今井徹埼玉県朝霞市宮戸１丁目１番24号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒形状の筒部材とこの筒部材内に相対
回転自在に装着される軸部材とを有し、前記軸部材の外
周と前記筒部材の内周との間に、単条または複数条の螺
旋溝を設けるとともに、前記螺旋溝内に螺旋状シールを
挿入し、前記螺旋状シールの各巻き線間に形成される螺
旋通路に流体を流してポンプ作用、流量制御やモータ作
用をさせるようにした螺旋状シールの螺旋溝構造であっ
て、前記軸部材の外周または前記筒部材の内周に螺旋状スプ
リングを固定してその螺旋状スプリングの各巻き線間に
より前記螺旋溝を構成したことを特徴とする螺旋状シー
ルの螺旋溝構造。
【請求項２】円筒形状の筒部材とこの筒部材内に嵌合
される軸部材とを有し、前記軸部材と前記筒部材との間
に、単条または複数条の螺旋溝を設けるとともに、前記
螺旋溝内に螺旋状シールを挿入し、前記軸部材と前記筒
部材との相対的軸方向移動または回転移動により前記筒
部材の内周と前記軸部材の外周との間の隙間から流体が
流れるのを防止または洩れ量を制御する螺旋状シールの
螺旋溝構造であって、前記軸部材の外周または前記筒部材の内周に螺旋状スプ
リングを固定してその螺旋状スプリングの各巻き線間に
より前記螺旋溝を構成したことを特徴とする螺旋状シー
ルの螺旋溝構造。
【請求項３】前記螺旋状スプリングの両端は、前記軸
部材の外周または前記筒部材の内周に設けたねじ部にナ
ットを螺合して固定されるとともに、ストッパにより前
記螺旋状スプリングが前記軸部材または前記筒部材に対
して回り止めされていることを特徴とする請求項１また
は２に記載の螺旋状シールの螺旋溝構造。