JPH01267384A - 勾配歯を有するスクリューロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスクリュー真空ポンプあるいはスクリュー圧縮
機等のスクリュー式流体機械に係り、特に製作が容易で
効率の高いスクリューロータに関する。

〔従来の技術〕

従来のスクリュー圧縮機やスクリュー真空ポンプなどの
スクリュー流体機械においては、スクリューロータの長
さがリードとほぼ同等か短い場合が多い、このため運転
により最も高圧となる作動室と、吸入が終了して間もな
い低圧の作動室が。

隣接している。

無給油式のスクリュー流体機械においては、スクリュー
ロータ相互で接触せぬよう微少な隙間が設けられている
ので、この隙間からの流体の漏洩がある。流体の漏洩の
量は圧力差が大きいほど多くなるので、先に述べた従来
のスクリュー流体機械では高圧の作動室から低圧の作動
室への漏洩量が多く、発熱や効率の低下が大きい問題で
あった。

これを解決する手段として、スクリューロータの長さを
リードに対して十分長くして、各々の歯溝を回転軸の回
りに３６０℃以上にわたって形成する方法がある。

しかし上記手段を用いることで１次に述べる欠点が生じ
てしまう。

作動時のスクリューロータの回転に従って、スクリュー
ロータの歯溝とケーシング内面そして相手側スクリュー
ロータの歯先によって閉じられたらせん状の空間である
作動室が吸込口側から吐出口側へ移動する。ただしここ
で作動室は閉じられた空間と表現したが、先に述べた理
由により実際には微少な隙間′が依存している。

吸込口からの流体の吸入が完了し、作動室が閉じられる
と、しばらくの開作動室は一定の容積のままで移動する
。そして吐出側の端まで移動した時に、ケーシング端面
を作動室の一壁面とすることで容積の縮小すなわち圧縮
が始まる。そしてスクリューロータの１回転以内の短時
間で圧力を急激に上昇させて圧縮を完了させる。

圧力を急激に上昇させるということは、隣合った作動室
間の圧力差が大きくなることを意味しており、先に述べ
た２つのスクリューロータ聞及びスクリューロータとケ
ーシングの間の微少な隙間からの流体が漏洩量が増加し
てしまう。

この漏洩量増加の対策として吸入が完了し、作動室が閉
じられてから漸次作動室の容積を減じて、急激な圧縮を
避ける方法がある１作動室の容積を漸次縮小する従来技
術としては例えば特公報３８−１５２８５号公報、特公
昭５９−３６１１６号公報に開示されているものがある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術で述べられているものは、スクリューロ
ータの設計製造方法及びケーシングの製造方法について
配慮されておらず、製造上の問題があった。

該特許で述べられているスクリューロータは回転軸に対
して平行な面あるいは垂直な面が少ない。

また回転軸と相手となるスクリューロータの回転軸とは
平行でないため、回転に伴う歯面の軌跡を幾何学的に表
現する数式が複雑になる。

また両ロータの回転同期をとる歯車もかさ歯車を必要と
し、歯車の精度を出すことが難しい、噛み合って回転す
るスクリューロータの歯形を設計するにあたっては、相
手の歯との干渉あるいは歯面の創成等の複雑な幾何計算
が不可欠であることから、これらのことは歯形の設計を
困難にしてしまうという問題がある。

また同じ理由から、従来の工作機械で精度よく該スクリ
ューロータを加工することは非常に難しく、さらにケー
シングにおいても２本の回転軸を精度よく交叉するよう
に加工することは困難という製造上の問題があった。

また、他の従来技術で述べられているものは上記の公知
例での設計製作の困難さという問題を解決している。

しかし該特許によるスクリュー流体機械はスクリューロ
ータの回転により漸次容積が縮小する作動室の他に、容
積が増加する作動室を持っている。

この作動室は不要であり、機械全体を大きくしてしまう
ほか、エネルギを消費してしまうため効率を低下すると
いう問題があった。

本発明の目的は設計や製作が容易で、効率のよいスクリ
ューロータを実現することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は２つのロータの回転軸を平行にし、一方のロ
ータの外径と他方のロータの歯底径との合計がどこの軸
直角断面をとってもほぼ一定の値を保つようにしながら
、２つのスクリューロータのうち少なくとも一方の外径
を回転軸方向に次第に小さくすると同時に、相手ロータ
の歯底径を回転軸方向に次第に大きくして、スクリュー
ロータの歯を歯丈が次第に低くなる勾配歯にすることに
よって達成される。

〔作用〕

−組のスクリューロータを噛み合わせてケーシングに組
み込むと、ロータとケーシングに囲まれた空間すなわち
作動室が形成される０本発明によるスクリューロータは
勾配歯を有しているので、この作動室の容積は一端から
他端へ向かって漸次減少する。

このスクリューロータを圧縮機あるいｔ２真空ポンプに
実施する場合には、一端が吸込側、他端が吐出側となる
ので、各々のロータ端部を仮にそう呼ぶことにする。す
ると作動室容積は吸込側から吐出側へ向って漸次縮少す
ることになる。

２つのスクリューロータを同期をとって回転させると作
動室は吸込側から吐出側へ移動する。

１つの作動室についてみると、容積が次第に縮小しなが
ら移動することになる０時間の経過を追ってみると、流
体が作動に吸い込まれる吸い込み過程が終了して作動室
が閉じられると、直ちに作動室容積の縮小が開始される
。さらに作動室の容積は縮小を続け、内部に閉じ込めた
流体を漸次圧縮していく。そして作動室が吐出端面に到
達すると同時あるいはその前後において吐出口が開かれ
て圧縮された流体が排出される。

流体の圧縮が吸い込みから吐出まで継続して漸次行われ
るので、隣合った作動室どうしの圧力差は小さい、した
がってスクリューロータ相互間やスクリューロータとケ
ーシングの間の微少な隙間からの流体あ漏洩量は少ない
、このため本スクリューロータを用いればスクリュー流
体機械の効率を向上できる。

〔実施例〕

以下１発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の特徴を最も良く表わしているスクリュ
ーロータの側面図、第２図は第１図のスクリューロータ
の回転軸を含む断面図である。

これらの図において、２つのロータは微少な隙間をあけ
て互いに噛合っている。２つのロータの歯の部分はほぼ
同一形状をしており、ねじり方向のみが左右逆になって
いる。この−組のロータを圧縮機あるいは真空ポンプに
使用する場合には、図中のスクリューロータの歯の部分
の左端が吸込側で右端が吐出側となる。スクリューロー
タの外径は２つとも吸入側から吐出側へいくに従って直
線的に減少させており、いずれの一方のロータも円錐型
の穴に内接する。一方面底径を吸入側から吐出側へいく
に従って外径と同じ割合で増加させることで、２つのロ
ータが噛み合っている。

作動室はケーシングによって蓋されたスクリューロータ
のらせん状の溝を相手側スクリューロータの歯によって
いくつかの室に区切られて形成されている。１つの作動
室の容積は、吐出側へいくほど外径と歯底径の差に比例
して歯丈が小さくなる分だけ減少する。

２つのロータを同期させて回転させると１作動室は吸込
側から吐出側へと移動しながらその容積を減少する。こ
のため閉じ込めた流体を吸入側から吐出側へ移送しなが
ら圧縮を行ういわゆる内部圧縮が可能で効率を向上でき
る。

また本スクリューロータは旋盤加工に適しており、リー
ドが均一で、外径も単なるテーバをなしている。歯の前
進面や後進面も回転軸に対して直角である。したがって
特殊な刃具、工作機械が不要なので安価に製作できる利
点がある。

本実施例の歯形は、微少であるが干渉を生ずるために、
２つのスクリューロータの間に微少な隙間を設けなけれ
ばならない、この隙間から流体が漏れると効率が低下し
てしまう、この勾配歯を有するスクリューロータでは歯
丈の高い吸込側では干渉量が大きく、歯丈の低い吐出側
では干渉量が小さいので、隙間も干渉量に合わせて吸入
側より吐出側が小さくできる。同じ隙間と圧力差に対し
て絶対圧力が高いほど漏れは多い０本実施例のスクリュ
ーロータは圧力が高く漏れが多くなりゃすい吐出側にお
いて、隙間が小さくできるので、漏れを少なくおさえる
ことができる。

第３図は第１図で示した実施例のスクリューロータを使
ったスクリュー流体機械の断面図である。

ケーシング６の内部に一組のスクリューロータ１ａ及び
１ｂが噛合った状態で取り付けられる。

２つのスクリューロータを同期をとって回転させるため
に、各々の回転軸に同期歯車２ａ及び２ｂを取り付ける
。また動力は動力入力軸３を回転することによって入力
される。この流体機械を圧縮機あるいは真空ポンプとし
て使う場合には、吸込口４から流体が作動室へ吸い込ま
れ、内部圧縮を径で吐出口５から吐き出される。

第４図は本発明の他の一実施例で、スクリューロータ内
部にモータを組み込んだ真空ポンプの例である。

ケーシング１６の内部にスクリューロータｉｌａ及びｌ
ｌｂが噛合った状態で取り付けられる。２つのスクリュ
ーロータを同期をとって回転させるために各々のスクリ
ューロータ下端に同期歯車１２ａ及び１２ｂを取りつけ
る。また内側に固定子１３ａ、外側に回転子１３ｂを持
つアウタモータをスクリューロータｌｌａの内部に設け
る。

流体は吸込口１４から真空ポンプ内部に入り、作動室に
吸い込まれた後、内部圧縮を経て吐出口１５から吐き出
される。

この実施例では、スクリューロータの吸込口側に回転軸
が突き出ていない、そのため軸受や同期歯車等に使用す
る潤滑油は吸込口側に不要なので、潤滑油が真空ポンプ
から逆流して真空を汚染する心配がない。

またスクリューロータを支えている軸受はスクリューロ
ータの両端近くにあるので１片持ち構造に比較して剛性
が高く、振動や負荷変動に強い。

さらのスクリューロータ内部にモータを設けたことで、
真空ポンプ全体を小形化することができる。スクリュー
ロータｌｌａ内部のモータのみでは出力が不足する場合
にはスクリューロータｌｌｂ内部にもモータを設け、２
つのモータによって駆動することもできる。

第５図は本発明の更に他の実施例の断面図である０本実
施例は内部圧縮における１回転あたりの圧縮比を一定に
するため、歯丈の変化を指数関数的にしたものである。

本実施例のスクリューロータ２１ａ、２１ｂを圧縮機あ
るいは真空ポンプに適用した場合には、左端が吸込側、
右端が吐出側になる。圧力が高く隙間からの漏れが多く
なりやすい吐出側近くでは隣の作動室どうしの圧力比が
小さく、漏れが少なくなり、効率を向上する効果がある
。

第６図は本発明の更に他の実施例の断面図である。

本実施例のスクリューロータ３１ａ、３１ｂのうちの一
方のスクリューロータ（この例では３１ａ）の外径が一
定で歯底径が次第に大きくなっており。

他方のスクリューロータ（この例では３１ｂ）は　。

外径が次第に小さくなって歯底径は一定である。

第３図で示した実施例においてはケーシングにおいて２
つのスクリューロータｌａ、ｌｂが入る一部が重複して
いる２つの円錐状の穴を加工する必要があるが、本実施
例では一方のスクリューロータ３１ａの外径が一定なの
で、ケーシングに開ける２つの穴は円錐形と円筒形とな
る。そのため２つの穴の軸方向での位置合わせが不要で
あり加工が容易であるという利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スクリュー流体機械内部において１作
動室の移動を行いながら作動室の容積を漸次減少させる
内部圧縮が可能である。

このため吸込を終了した作動室とそれに隣接する圧縮途
中の作動室との圧力差は小さく、従って吸込み効率は１
００％に近い。

しかも内部圧縮を行うことにより、トルクの増大をおさ
えることができるので１機械の効率を大幅によくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の側面図、第２図は第１図の
回転軸を含む断面図、第３図は第１図の実施例をスクリ
ュー流体機械に使用した一例の断面図、第４図は本発明
の他の実施例の断面図、第５図は本発明の更に他の実施
例の断面図、第６図は本発明の更に他の実施例の断面図
である。 １　ａ　、　　１　ｂ　、　　１１　ａ　、　　１　ｌ
　ｂ−スクリューロータ、２　ａ　、　２　ｂ　、　１
２　ａ　、　１２　ｂ−同期歯車、４，１４・・・吸込
０．５．１５・・・吐出口、６，１６・・・ケーシング
、３・・・動力入力軸、１３ａ・・・アウタモータ固代
理人　弁理士　小川勝男−゛′ 鴇　　／ｌ！１ 塙　２　図 １久、Ｔｏ　　　スクリューローフ 第　３　　記 第　　４　　口 ／４− 第　５　図 第　６　　ロ ゴｌ（Ｌ、ｉｊ衾　ヌ７す・−ロータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平行な二軸の回りを互に噛合つてスクリューロータ
   と、このロータを収納したケーシングによつて形成され
   る作動室が、回転軸方向に複数個形成されると共に各軸
   の回りのらせん状の作動室が互に連通しないスクリュー
   流体機械において、一方のスクリューロータの外径と他
   方のスクリューロータの歯底径の合計がどの軸直角断面
   をとつてもほぼ一定の値を保ちながら、２つのスクリュ
   ーロータのうち少なくとも一方の外径を回転軸方向に漸
   次小さくすると同時に相手ロータの歯底径を回転軸方向
   に漸次大きくすることで歯丈が次第に低くなる勾配歯と
   したことを特徴とする勾配歯を有するスクリューロータ
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、少なくとも一方の
   スクリューロータの内部にケーシングに固定された死軸
   を持ち、その死軸を回転軸とするアウタモータ（内側が
   固定子、外側が回転子という構造のモータ）によりスク
   リューロータが駆動されることを特徴とする勾配歯を有
   するスクリューロータ。