JPH0127241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はねじロータ圧縮機に関し、特に詳しく
はこのようなねじロータ圧縮機用の噛合いロータ
の形状に関する。

このようなねじロータ圧縮機のロータは、らせ
ん状ランドおよび少なくとも大部分をロータのピ
ツチ円の内側に配置させた大体において凹状のフ
ランクを有する溝を備えためすロータと、らせん
状ランドおよび少なくとも大部分をロータのピツ
チ円の外側に配置させた大体において凸状のフラ
ンクを有する溝を備えたおすロータを含む。

たいていの場合、めすロータの各ランドはピツ
チ円の外側に短い距離だけ突出して歯先を形成
し、おすロータの各溝はピツチ円の内側に短い距
離だけ突出し、該歯先に対応する歯元を形成して
いる。歯先と歯元のフランクは対応のランドと溝
の全フランクの小部分を形成している。現在にい
たるまで、フランクの小部分の各々はピツチ円上
に中心を有する円弧に従うように形づくられてい
た。協働するフランクの小部分の間に不干渉を保
証するために、おすロータの円弧の半径はめすロ
ータのそれよりかなり大きくされ、両半径の差は
１〜２％程度であつた。フランクの小部分の距離
が短かく、該部分の位置は両フランクの間の滑り
速度が最小となるピツチ円に近いために、得られ
る漏洩領域は無視されてきた。

歯先のこのようなフランク輪郭を有するねじ圧
縮機は、ロータが同期する歯車により相互連結さ
れている場合には極めて満足に作動する。フラン
クの間を直接に接触させたねじ圧縮機において
は、そのような歯先と歯元の輪郭は、たとえピツ
チ円の近くのフランクの大部分のトルク伝達表面
が限定された大きさであるとしても、おすロータ
を動力源に接続した場合満足に働く。これらのト
ルク伝達表面は、通常ピツチ円付近においてのみ
フランクを接触させるために、ねじロータポンプ
業界では1930年代の初期より周知の方法で残りの
フランク部分間における間隙よりも小さいフラン
ク間の間隙を備えている。フランクが直接接触
し、かつめすロータが動力源に接続されているね
じ圧縮機においては、従来周知の型式の歯先およ
び歯元の輪郭は幾つかの問題を生じさせている。
これは、一部は両ロータの間に伝達されるトルク
によるものであり、一部は駆動のめすロータのフ
ランクの接触点がピツチ円の内側にあるのに対
し、被動のおすロータのフランクの接触点がピツ
チ円の外側にあつて、接触点においては駆動フラ
ンクの周速が被動フランクの周速より遅いという
事実による。

前記の歯先と歯元のフランク輪郭の別の不利益
は、該輪郭が製造するのに複雑であり、ホブフラ
イス切削法で正確に切削するのが殆んど不可能で
あるということである。

西独国特許出願公開第2234777号明細書（およ
び対応の特公昭57―12841号公報）は、インボリ
ユート型式のフランク部分を備えたねじ圧縮機を
示し、このねじ圧縮機においてロータのフランク
の間の駆動接触はその最も有利な領域において得
ることができる。しかしながら、上記明細書に述
べられるように、インボリユート状のフランクの
形状は引き続き圧縮室の間におけるブローホール
を相当に増大させ、かくして相当な内部漏洩を生
じさせ、その結果ねじ圧縮機の効率を低下させ
る。実際、ブローホールの増大は、経済的な理由
から実用に不適当なほどねじ圧縮機の効率を低下
させるものである。

この従来のねじロータ圧縮機は、おすロータを
駆動ロータとし、めすロータを被動ロータとして
おり、駆動ロータの歯形の前方フランクの歯元側
領域をインボリユート形状とすると共にこの領域
に引続く領域を円弧状としており、また被動ロー
タの歯形の後方フランクの歯先側領域をインボリ
ユート形状とすると共にこの領域に引続く領域を
円弧状としていることを重要な特徴とするもので
ある。この従来技術において上述したようにイン
ボリユート形状の領域を形成した理由は、歯切り
工具の切削条件ならびに摩耗を減少させロータを
経済的に製作するためである。インボリユート曲
線を用いて歯形を作ることは、サイクロイド歯形
にくらべて曲線が単純であるので、極めて機械加
工が容易となることは当該分野において認められ
ている。しかしながら、ロータにインボリユート
形状の領域を設けると、両ロータ間に漏れ損の増
大をもたらすブローホールすなわち吹き抜け隙間
が形成される恐れがある。それで、上記の従来技
術のねじロータ圧縮機においては、インボリユー
ト区間をできるだけ短かくして、このブローホー
ルが増大するのを阻止しており、更に望ましくな
いブローホールを縮少させるように被動ロータの
歯末部におけるインボリユート区間を縮少するた
めに、インボリユート・フランクに続く駆動ロー
タ歯元部の歯形と被動ロータの歯先部の歯形を極
力丸くしている。

ロータにインボリユート形状の領域を設ける
と、前記ブローホールの増大をもたらして効率よ
くトルクを伝達できないという不都合が存し、さ
らに歯元の圧力角が大きくなつてしまうという問
題がある。歯元の圧力角が大であると、歯元がじ
ようぶであつて耐久性があるという利点はある
が、一方のロータから他方のロータへトルクを伝
達する場合、歯元の部分がトルク伝達のために有
効に用いられないという不都合がある。すなわ
ち、めすロータのピツチ円の外側に位置したフラ
ンクの小部分とおすロータのピツチ円の内側に位
置したフランクの小部分とは、トルクに伝達する
ために有効に用いられないということである。ト
ルクを有効に伝達するためには、被動ロータのピ
ツチ円の半径方向の線に対して駆動ロータが加え
る力が直角方向に作用するのが効果的であるが、
インボリユート形状とすると歯元の圧力角が大と
なり、駆動ロータが被動ロータに及ぼす力が、被
動ロータのピツチ円の半径方向の線に対して直交
しない分力を有することになり、効率よくトルク
を伝達することができない。

上記の従来技術のねじロータ圧縮機において
は、歯元と歯先に近いところにおける両ロータの
フランクの瞬間的な接触点が、被動ロータのフラ
ンクに沿つてよりも、駆動ロータのフランクに沿
つて、より速く動くように構成されていない。し
たがつて、駆動ロータのフランクが被動ロータの
フランクに対して潤滑油を供給して塗布するよう
な役目を果たさず、歯元と歯先に近いところにお
ける両フランク間に積極的に潤滑油の膜を形成す
ることができず、そのため両者間の摩擦を大きく
し、効率よくトルクを伝達できない原因となつて
いる。

本発明の目的は、フランクの最も有利な部分に
おいて一様な接触をもたらす可能性を得るばかり
でなく、同時に従来技術のロータの輪郭と対比し
てブローホールの増大を回避することである。実
際、本発明によると、かかるブローホールの増大
が回避されたばかりか、従来技術のロータの輪郭
と比較してブローホールが減少さえしている。

言い換えると、西独国特許出願公開第2234777
号明細書において示唆された確実な効果は、ブロ
ーホールが増大する代わりに減少した本発明の実
施により得られ、このことは、ねじ圧縮機の効率
と共に機械的な信頼性が増したことを意味する。

本発明は、インボリユート形状の領域を備えた
ロータでは必然的に増大してしまうブローホール
を減少させて、両ロータ間の漏れ損を無くし、め
すロータのピツチ円の外側に位置したフランクの
小部分とおすロータのピツチ円の内側に位置した
フランクの小部分とが効率的にトルクを伝達する
ように協働するようにできる。また、これら小部
分において、おすロータはピツチ円の半径方向の
直線と一致しているので、めすロータは、力を最
も効率良くおすロータの中心からの半径線に対し
て直角に加えることができ、このことも効率よく
トルクを伝達する効果を奏する。更に、これら小
部分において両ロータの接触部分には常に潤滑油
の膜が形成され、両ロータの接触部分の摩耗を阻
止し、これによつても、効率よくトルクを伝達す
る効果を奏する。

以下、添付図面を参照して実施例により本発明
を説明する。

第１図と第３図に示すねじ圧縮機は実質的に平
行な軸線を有する２個の交差した円筒穴の形態の
作動空間１２を形成するケーシング１０を含む。
ケーシング１０は更に動作流体用の低圧流路１４
と高圧流路１６を備え、これらの流路は低圧口１
８および高圧口２０を介して作動空間１２と連通
している。

図示の圧縮機において、低圧口１８は作動空間
１２の低圧端部壁２２内に全体として位置し、円
筒穴の軸線を含む平面の一方の側に主として延在
している。図示の圧縮機の高圧口２０は作動空間
１２の高圧端部壁２４内に部分的に位置し、また
筒形壁２６内に部分的に位置し、また低圧口に対
し円筒穴の軸線を通る平面の反対側に全体として
位置する。

２個の協働するロータ、即ちおすロータ２８と
めすロータ３０は、それらの軸線が穴の軸線と一
致した状態で作動空間１２内に配置されている。
これらのロータはケーシング１０内において低圧
端部壁にある円筒状のころ軸受３２および高圧端
部壁２４にある一対の玉軸受３４に軸受されてい
る。めすロータ３０は更にケーシング１０の外側
に突出した短軸３６を設けられている。

おすロータ２８は４個のらせん状ランド３８お
よび約300゜の巻き角を有する４個の間の溝４０を
有する。めすロータ３０は６個のらせん状のラン
ド４２と約200゜の巻き角を有する６個の溝４４を
有する。めすロータのランド４２はめすロータ３
０のピツチ円４６の半径方向の外側に位置した歯
先４８を設けられ、おすロータの溝４０はおすロ
ータ２８のピツチ円５０の半径方向の内側に位置
した対応の歯元５２を設けられている。

作動空間１２の筒形壁２６において、複数個の
油注入流路５４が設けられ、これらの流路は作動
空間１２を形成する２個の穴の間の交差線５６に
おいて開口している。これらの流路５４は油供給
室５８と作動空間１２の間を連通させている。油
は流路５４の開口部において作動空間１２内の圧
力よりも高い圧力で供給開口６０を介して油圧源
（図示せず）から供給室５８へ供給される。

各めすロータの溝４４は、第１のフランク６２
を含み、このフランクは圧縮機内に配置された時
溝の先導フランクであり、原動機内に配置された
時に回転方向において溝の後行フランクとなる。
該溝４４はまた第２のフランク６４を含み、この
フランクは回転方向においてそれぞれ後行フラン
クおよび先導フランクとなる。該フランク６２，
６４の各々は溝４４の半径方向の最内側の点６６
から点６８および７０まで延在し、これらの点６
８，７０は各々は隣接のランド４２の頂部７２上
に位置し、ランド４２はロータ３０のピツチ円４
６の外側に位置する。ピツチ円はフランク６２，
６４とそれぞれ点７４および７６において交差し
ている。各フランク６２，６４はピツチ円４６の
内側に大部分６６―７６，６６―７６を有し、小
部分７４―６８，７６―７０をピツチ円４６の外
側に有している。

第１のフランク６２の大部分６６―７４は３個
の異なる部分から構成されている。第１の部分６
６―７８は円弧として形づくられ、この円弧は約
10゜の角度αにわたり延在し、中心80をピツチ円
４６上に配置させ、ロータ３０のピツチ半径の約
40％の長さの半径ｒを有する。第２の部分７８―
８２は円弧として形づくられ、この円弧は中心８
４をピツチ円４６の外側において直線７８―８０
の延長上に位置させ、半径ｒの長さの約4/3の半
径Ｒを有する。第３の部分８２―７４は直線をた
どり、この直線は点８２において半径Ｒの円弧に
対する接線を形成し、ピツチ円４６上の点７４に
おいてロータ３０の中心８６から引いた半径線と
約20゜の角度βをなす。

第２のフランク６４の大部分６６―７６もまた
３個の異なる部分から構成されている。第１の部
分６６―８８はロータの第１のフランク６２の第
１の部分６６―７８の鏡像である。第２の部分８
８―９０はその内側の端の点８８において第１の
部分６６―８８と共通の接線を有する。第２の部
分の外側の端の点９０はピツチ半径８６―８０を
直径として有する円上に配されている。これらの
２個の点８８，９０の間において、第２の部分は
以下に説明する外サイクロイド曲線をたどる。第
３の部分９０―７６はロータ３０の中心８６から
引いた半径方向の直線をたどる。

おすロータの各ランド３８は同様に第１のフラ
ンク９２と第２のフランク９４を含む。フランク
９２，９４の各々は頂点９６から隣接の溝４０の
底部分１０２上のそれぞれ点９８および１００ま
で延在し、該底部分はおすロータ２８のピツチ円
５０の内側に位置している。ピツチ円５０は点１
０４および１０６においてそれぞれフランク９２
および９４と交差している。各フランク９２，９
４はピツチ円５０の外側に大部分９６―１０４，
９６―１０６を有し、ピツチ円５０の内側に小部
分１０４―９８，１０６―１００を有する。

第１のフランク９２の大部分９６―１０４は３
個の異なる部分から構成されている。第１の部分
９６―１０８は、頂点９６に密封片を提供するた
めの逃げ部分１１０を除いて、めすロータ３０の
第１のフランク６２の第１の部分６６―７８と適
合した円弧として形づくられている。第２の部分
１０８―１１２はめすロータ３０の第１のフラン
ク６２の第２の部分７８―８２により創成される
曲線の形状を有する。ここで、創成とは、幾何学
的関係を利用して、素材と工具に相対運動を与
え、特有の形状を創り出すことを意味し、歯車の
創成研削法などに利用されており、上記の場合、
第２の部分７８―８２と同じ輪郭形状の工具によ
り素材から第２の部分１０８―１１２が創成され
る。第３の部分１１２―１０４はめすロータの第
１のフランク６２の第３の部分８２―７４により
創成される曲線の形状を有する。

第２のフランク９４の大部分９６―１０６もま
た３個の異なる部分から構成されている。第１の
部分９６―１１４は第１のフランク９２の第１の
部分９６―１０８の鏡像である。この第１の部分
の端部の点１１４はめすロータ３０の第２のフラ
ンク６４の外サイクロイド状の第２の部分８８―
９０を創成する。第２の部分１１４―１１６はめ
すロータ３０の第２のフランク６４上の点９０に
より創成される。第３の部分１１６―１０６はめ
すロータ３０の第２のフランク６４の第３の部分
９０―７６により創成される曲線形状を有する。

おすロータ２８の第１のフランク９２の小部分
１０４―９８は２個の異なる部分から構成されて
いる。第１の部分１０４―１１８はピツチ円５０
上の点１０４におけるフランク９２の大部分９６
―１０４の第３の部分１１２―１０４に対する接
線をなす直線をたどる。第２の部分１１８―９８
はめすロータの溝の第１のフランク６２の最外側
点６８により創成される曲線の形状を有する。フ
ランク部分１０４―１１８，１１８―９８の交差
点１１８は線１０４―１１８が該点１１８におけ
る曲線１１８―９８に対する接線をなすように位
置している。

めすロータ３０の第１のフランク６２の小部分
７４―６８はおすロータ２８の第１のフランク９
２の小部分１０４―９８の第１の部分１０４―１
１８により創成される凸状曲線（すなわち、曲線
上の各点の曲率中心が曲線の内側に位置するよう
な曲線）をたどる。この曲線の形状は、溝４４が
ピツチ円から外方へ広くなるようなものである。

おすロータ２８の第２のフランク９４の小部分
１０６―１００は２個の異なる部分から構成され
ている。第１の部分１０６―１２０は直線をたど
り、この直線の延長部はおすロータ２８の中心１
２２を通過する。半径の比がちようど１対２であ
る特定の内サイクロイドの場合、内サイクロイド
曲線は基礎円の直径に一致する。直線状の半径線
１０６―１２０は、したがつて特定の場合の内サ
イクロイドの一部と考えることができ、この場合
おすロータ２８のピツチ円の半径のちようど半分
の半径を有する円がおすロータ２８のピツチ円５
０の内側に接して転動するのである。この直線１
０６―１２０はピツチ円５０上の点１０６におけ
る第２のフランク９４の大部分９６―１０６の第
３の部分１１６―１０６に対する接線を形成す
る。第２の部分１２０―１００は、めすロータの
溝４４の第２のフランク６４の最外側点７０によ
り創成される。２個のフランク部分１０６―１２
０，１２０―１００の交差点１２０は、直線１０
６―１２０が該点１２０における曲線１２０―１
００に対する接線を形成するように位置してい
る。

めすロータ３０の第２のフランク６４の小部分
７６―７０は、おすロータ２８の第２のフランク
９４の小部分１０６―１００の第１の部分１０６
―１２０により創成される凸状曲線の形状を有す
る部分を含む。

この曲線７６―７０は、おすロータ２８のピツ
チ円５０の内側に接して転動するときに、おすロ
ータ２８の直線部分１０６―１２０を一部とする
直径形状の内サイクロイドを創成する円とちよう
ど同じ半径を有する円の一点がめすロータ３０の
ピツチ円４６の外側に接して転動することにより
創成される特定の外サイクロイドの一部として理
解することができる。この曲線の形状は、溝４４
がピツチ円から外方へ広がるようなものである。

各めすロータのランンド４２の頂点７２はケー
シングの筒形壁に対する密封を改良する密封片１
２４を備えている。各おすロータの溝４０の底部
分１０２は凹み１２６を設けられ、ロータ３０，
２８が回転する際、協働するめすロータのランド
４２の密封片１２４が該凹み１２６に出入する。

前記のロータ輪郭は全てその理輪的形状に係
る。しかしながら、該ロータを備えた機械の機械
的信頼性を保証するため、相互に直接接触すべき
でない部品内のロータの間にある程度の間隙を設
ける必要がある。

第３図において示されているように、理論的な
ロータの輪郭からの修整作業はもつぱらめすロー
タ３０において行なわれている。修整された形状
は鎖線１２８によつて示されている。この鎖線は
理論的なフランク形状により近いものとなるわけ
であるが、図面ではきわめて誇張して描かれてい
る。

角度βは0゜と30゜の間で変動可能である。この
角度が小さくなる程フランク６２，９２の協働の
ための接触状態は改善される。他方、この角度が
大きくなればなる程切削工具に対する条件が向上
する。即ち工具をとぎなおさずに同じ切削工具に
よりより多くのロータを切削しうることを意味す
る。約20゜の角度βが少なくともフランクの直接
接触、かつめすロータ駆動の図示の圧縮機におい
て最適であると思われる。

作動の間、おすロータおよびめすロータが回転
するとき、めすロータの第２フランク６４の小部
分７０―７６の半径方向に最も内側にあつて、か
つピツチ円４６上に位置する点７６は、おすロー
タの第２フランク９４の第１部分の半径方向に最
も外側にあつて、かつピツチ円５０上に位置する
点１０６と直接接触により協働する。かくして、
相互に接触する２つの点７６，１０６は、それぞ
れのロータのピツチ円上に位置し、その結果同じ
周速度を有する。２個のロータがそれ以上の角度
を回転すると、接触点は、めすロータ３０上の実
際の接触点が該ロータのピツチ半径より大きいロ
ータ半径上に位置した点まで半径方向の外方へす
べり、即ち実際の接触点の周速がピツチ円４６上
に位置した点７６の周速より大きくなるのに対
し、おすロータ２８上の実際の接触点が該ロータ
のピツチ半径より短いロータ半径上の点まで半径
方向の内方へすべり、即ち実際の接触点の周速が
ピツチ円上に位置した点１０６の周速よりも小さ
くなるように、２個のロータのフランクの小部分
７６―７０および第１部分１０６―１２０に沿つ
てすべる。言いかえれば、めすロータのフランク
の小部分７６―７０上の接触点の速度は、おすロ
ータのフランクの第１部分１０６―１２０上の対
応の接触点の速度よりも大きい。同時にまた、め
すロータのフランクの小部分７６―７０上の接触
点が該小部分に沿つて動く速度は、おすロータの
フランクの第１部分１０６―１２０上の対応の接
触点が該第１部分に沿つて動く速度よりも大き
い。前記のように、それぞれ外サイクロイド曲線
および内サイクロイド曲線としての形状のため
に、めすロータの小部分およびおすロータの第１
部分にそれぞれ沿つた接触点のすべり速度の間の
比は、８対３である。この事実は、また第３図に
明確に認められ、そこではめすロータの小部分７
６―７０の長さは、おすロータの第１部分１０６
―１２０の長さよりも２倍から３倍ほど長いこと
が示されている。ロータ２８，３０の回転は継続
するから、めすロータのフランクの小部分上の点
７０がおすロータのフランクの第１部分上の点１
２０と協働するまで、接触点が双方のフランクの
該部分に沿つてすべる。駆動フランクに沿つた速
度は被動フランクに沿つた速度よりも大きいの
で、フランクの部分に沿つた接触点の相対すべり
速度は、潤滑油の膜がそれぞれのロータの２個の
接触表面の間に常に形成されるのを保証する。す
なわち、前記の相対すべり速度があると、駆動フ
ランクの表面に付着している潤滑油が駆動フラン
クと共に動いて接触点へ引き込まれて潤滑油の膜
を確実に形成する。したがつて、めすロータの駆
動中に、双方のロータは十分に潤滑され、それら
の間に良好な噛み合い作用を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２の線１―１に沿つたねじ圧縮機の
垂直方向の断面図、第２図は第１図の線２―２に
沿つた第１図の圧縮機の横断面図、および第３図
は第２図の拡大詳細図である。 図において、２８：おすロータ、３８，４２：
ランド、４０：溝、３０：めすロータ、４６：め
すロータのピツチ円、５０：おすロータのピツチ
円、１２：作動空間、６２，６４：めすロータの
フランク、６６―７４，６６―７６：めすロータ
のフランクの大部分、９２，９４：おすロータの
フランク、７４―６８，７６―７０：めすロータ
のフランクの小部分、９６―１０４：おすロータ
のフランクの大部分、１０４―９８，１０６―１
００：おすロータのフランクの小部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ らせん状のランドおよびそれらの間の溝を有
   し、かつねじロータ圧縮機の作動空間内で平行な
   軸線のまわりを回転するようにされた一対の噛み
   合うロータを含み、前記ロータの中の一方は多数
   の溝を備えためすロータの型式にされ、前記の各
   溝は該めすロータのピツチ円の内側に位置した大
   部分と前記ピツチ円の外側に位置した小部分を有
   し、前記小部分はそれぞれが前記ピツチ円から外
   方へ前記溝を広げるような形状の凸状曲線に従う
   フランクを有し、前記の各溝は、一方向の回転方
   向において該溝の先導フランクとなる第１フラン
   クと後行フランクとなる第２フランクとを有し、
   前記ロータの中の他方は多数のランドを備えたお
   すロータの型式にされ、前記の各ランドは該おす
   ロータのピツチ円の外側に位置した大部分と該ピ
   ツチ円の内側に位置した小部分を有し、前記の各
   ランドは該めすロータの溝の前記第１フランクと
   協働する第１フランクと該めすロータの溝の前記
   第２フランクと協働する第２フランクを有するよ
   うなねじロータ圧縮機において、前記両ロータの
   軸線に対し垂直な平面において、前記おすロータ
   のランドの第２フランクの前記ピツチ円の内側に
   位置した小部分はこのピツチ円に隣接していて前
   記おすロータの中心を通る直線に従う接触部分を
   含み、前記めすロータの溝の第２フランクの前記
   ピツチ円の外側に位置した小部分はこのピツチ円
   に隣接していて前記おすロータのランドの第２フ
   ランクの前記接触部分により創成された曲線に従
   う接触部分を含むことを特徴とするねじロータ圧
   縮機。