JPH0250319B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は作動流体用のスクリユロータ機械、お
よびそのロータのプロフイルに関する。本発明は
特に弾力性の作動流体を選択的に圧縮、膨張させ
る機械に関する。

弾性作動流体用の、前述の形態のスクリユロー
タ機械は、それぞれ低圧通口と高圧通口とに連通
する離隔した低圧口と高圧口とを備えた作動空間
を具備したケーシングを含み、平行軸線をもち、
少なくとも２個の交錯した孔と、対となつて噛合
い前記の孔に配置されたある数のロータとを一般
的に含み、各ロータは360度以下の全巻き
（wrap）角度を有するヘリカルランドと、その間
にある溝とを有している。相互に噛合うロータの
一対の連通した溝部分は山形絞状の室を形成し、
その基端部はロータ軸線に抗して横方向の固定平
面において、前記高圧口に隣接して配置されるこ
とによりその頂部はロータが回転して前記室の容
量を変えるにつれて軸線方向に運動する。各対の
ロータの中一方のロータは雌型ロータ、即ちその
ランドや溝の少なくとも主要部分がロータのピツ
チ円の内側に位置したロータである。ロータ対の
他方のロータは雄型ロータ、即ちそのランドや溝
の主要部分がロータのピツチ円の外側に配置され
たロータである。一方のロータのランドは他方の
ロータの溝によつてつくり出される空間を追随す
ることによつて、ロータ間で連続した密封線を形
成する。

このようなスクリユロータ機械の効率はロータ
のプロフイルに大きく左右され、プロフイルは溝
の底からの中間点を通りロータの中心から引かれ
た半径方向の線に対して各ロータの溝が対称的で
あつて、第１と第２のフランクが設けられている
ことが望ましい。第１のフランクは当該機械がコ
ンプレツサとして使用される場合、それぞれ雌ロ
ータの溝の場合は曳行フランクで、雄ロータ溝の
場合は先導フランクであり、該機械がエキスパン
ダとして使用される場合はその逆となるが、これ
は第１のフランクが、それぞれ雌ロータ溝よりな
る山形絞状の室の脚部の外周壁と、雄ロータ溝か
らなる室の脚部の内周壁とを形成し、第２のフラ
ンクが前記室の関連した脚部のその他の壁を形成
することを意味する。

そのような対称形のロータプロフイルの一例が
（英国特許出願第34217／66号に基く）英国特許第
1197432号の特に第６図と第７図とに示されてい
る。ロータ軸線に対して垂直の平面において、各
雌ロータの溝の第１のフランクはそれと協働する
雄ロータの第１のフランクの半径方向外端に近い
点で全体的につくられる外トロコイド曲線に做う
概ね凹状の部分と、ピツチ円に向かつて外方に延
び、かつ直線に追随する部分から概ねなる小さい
部分と、中心がピツチ円に近い円弧に做う凸状の
アデンダム部分とを含む。雄ロータの協働する第
１のフランクは雌ロータの溝の第１のフランクの
前記小さい部分の最内側点により全体的につくら
れる外トロコイド曲線に做う概ね凸状の部分と、
ピツチ円まで延び、雌ロータの第１のフランクの
溝の前記小さい部分を画成する直線によつて囲ま
れる曲線に做う小さい凸形部分と、全体的に円弧
に追随し、かつピツチ円の近くに中心がある凹形
のデデンダム部分とを含む。雌ロータの溝の第２
のフランクはピツチ円に向かい、かつ中心がピツ
チ円の外側にあり、ピツチ円との交錯点に接線が
あつて、その接線がロータの中心を通過する半径
方向の線に做う概ね凹形の部分と、溝の第１のフ
ランクのそれと類似の凸形のアデンダム部分とを
含む。雌ロータと協働する雄ロータの第２のフラ
ンクは、雌ロータの溝の第２のフランクのほとん
どの部分を画成し、その結果ピツチ円上に半径方
向の接線がある円弧によつて囲まれる部分に做う
凸形であるほとんどの部分と、ヘリカルランドの
第１のフランクのそれと類似の凹形のデデンダム
部分とを含む。

前述したロータプロフイルは全ての点では理想
的ではなく、ロータのピツチ円近くに配置された
雄ロータのフランクの部分に欠点があることが判
明した。これらの欠点は、特にロータの製作に関
係し、またフランクの角度によつて変わる。この
ように、ピツチ円における雄ロータ溝の２個のフ
ランクの間の角度は小さいので、ロータの軸線と
その製作用の切削工具の軸線との間の角度は実際
上は固定され、切削工具はその外側部分で概ね平
行の縁部を必要とする。このことは、ホブ切りに
よる方法では理論的なプロフイルをつくることが
実際上不可能であることを意味する。

さらに、ピツチ円からの距離の関数としての、
フランクに対する接線と、接点を通る半径との間
のフランクに沿つた角度は一般的に双曲線の形で
変わり、これはその角度が各フランクの主要部分
にわたつて概ね一定ではあるが、ピツチ円の近く
の区域内では急激に増加することを意味する。ま
た、このために、切削工具がその外端、即ち短い
曲率半径のところで角度が急速に変わり、その結
果ロータのフランクの最も重要な部分における切
削角度が好ましくなくなりこの区域内で比較的広
い公差を必要とすることになる。さらに、切削工
具の実際の形状が高度の摩耗に損われ、各砥ぎ作
業中に工具の著しい部分を研磨せねばならない。
その結果所要砥ぎ回数が多くなり、可能な砥ぎ回
数には限度があるので、工具のコストを現実に経
済的に考慮する必要があり、このことはロータの
製作の最終コストにおいて無視できるものではな
い。さらに別の欠点は、フランクの曲率半径がピ
ツチ円において零値まで減少してしまうことであ
る。理想的な曲率半径を達成することは極めて困
難なことであつて、粗悪な面をもたらす。しかし
ながら、仮りに滑かな表面が正確につくり出され
たとしても、曲率半径が短いということはその表
面が極めて高度の表面応力にさらされることを意
味する。

前述したロータプロフイルのある修正が（英国
特願第10070／74号に基く）英国特許第1503488号
に示されている。この修正ロータプロフイルにお
いては、ロータのピツチ円の内側で、かつその近
くに配置された雌ロータの溝の第２のフランクの
部分が、ロータ軸線に対し垂直の平面において先
に述べたロータプロフイルにおける前記第２のフ
ランクのほとんどの部分を画成する円弧に対して
接線を形成し、かつ前記フランク部分とロータの
ピツチ円との間の交錯点へ向かつてロータの中心
から引かれた半径方向の線に対して20度の角度を
つけた直線に追随している。雄ロータの第２のフ
ランクにはこのロータのピツチの外側で、かつそ
れに近接して配置され、かつ雌ロータのフランク
の直線部分によつて囲まれる部分に追随する、対
応した部分が設けられている。このように、ピツ
チ円に近い区域内での雄ロータ溝の２個のフラン
クの間の角度は、ピツチ円との交錯点における雄
ロータランドの第２のフランクの曲率半径がある
長さに達すれば同時にホブ切りによる加工を許容
する値にまで延びる。しかしながら、その長さは
ピツチ半径と前記20度の角度の正弦関数との積の
約60％のみであり、第１フランク側の曲率半径は
零のままである。ピツチ円からの距離の関数とし
ての接線と半径との間の角度のフランクに沿つた
変化は双曲線形のままであつて、これはピツチ円
での角度が零値になるときのように、この角度の
増加がそれほど顕著でないとしても、ピツチ円近
くでは急激に増加することを意味する。このよう
に、理想的な状況をもたらさないとしても、前述
した未修正のプロフイルにおける欠点は部分的に
解消される。さらに、このようにして雌ロータの
ランドの強度が落ちることになり、ランドがある
程度の曲げによつてロータの製作中、ならびにス
クリユロータ機械の製作中に問題を発生させる可
能性がある。

英国特許第1503483号に示すロータのプロフイ
ルは、ピツチ円に近い各雄ロータの第１フランク
のデデンダム部分にロータの中心に向かつて半径
方向に向いた直線部分が設けられており、かつ各
雌ロータの溝の第１フランクのアデンダム部分に
ロータのピツチ円近くに配置され、かつ雄ロータ
の第１フランクの前記部分によつて囲まれる部分
に追随する前記部分と対応した部分が設けられて
いる点において、英国特許第1197432号に示すプ
ロフイルに対してさらに修正が行われている。雄
ロータと雌ロータとの、それぞれの第１フランク
の前記部分はいわゆる雌ロータの駆動を改良する
ものであつて、即ち雌ロータが原動機に接続さ
れ、雄ロータがロータ間のフランクの直接接触に
より被動されるものであつて、これは雄ロータの
回転数を増すことによつて、逓増変速機を何ら必
要とすることなくロータの先端速度を増加させる
よう、特に小型コンプレツサ用に意図したもので
ある。それぞれ、雄ロータのピツチ円の内側、お
よび雌ロータのピツチ円の外側におけるこれらフ
ランク部分の位置は、その間に潤滑剤のフイルム
を提供するのに有利な、これらフランク部分の間
の噛合い状態を提供するようにしている。しかし
ながら、雌ロータの溝の第１フランクの前記の部
分はピツチ円との交錯点において半径方向の接線
と、曲率半径が零値で、前記非修正のロータプロ
フイルに関して前述した雄ロータランドフランク
の状態と類似の長さとを有する。このため、雌ロ
ータの溝の第１フランクの前記部分は雄ロータの
フランクに関して前述したのと同じ形態の欠点が
ある。さらに、雄ロータの第１フランクの真直で
半径方向の部分はロータの切削を益々複雑とす
る。これらの欠点のために、英国特許第1503483
号に示すロータプロフイルは実用には適していな
い。

英国特許第1197432号に示すロータプロフイル
をさらに修正したものを米国特許第4053263号に
示すが、これは関連したピツチ円に近い雄ロータ
と雌ロータとの各フランクには20度の圧力角を有
するインボリユート形の曲線に做う凸状フランク
部分が設けられている。各雄ロータの第１フラン
クの前記インボリユート形フランク部分はピツチ
円のわづか内側の点から直径円をより著しく外側
の点まで延びている。雄ロータの各第２のフラン
クのインボリユート形フランク部分はピツチ円よ
りわづかに内側の点からピツチ円から著しく外側
の点まで延びている。雌ロータの各フランクのイ
ンボリユート形部分はインボリユート円の基準円
のわずか外側の点とピツチ円のわづか外側の点へ
延びている。このように、雄ロータ溝における２
個のフランクの間の角度は、フランクとピツチ円
との間の交錯点における曲率半径が、ピツチ半径
と圧力角の正弦関数との積である、ある値に達す
ると同時にピツチ円において増加する。しかしな
がら、雄ロータのフランクの間の角度は、接線と
半径との間の角度がまだ双曲線形にあるとき、即
ちピツチの近くで、かつインボリユートの基準円
に対して急激に増加すると同時にピツチ円から内
方に動く際急激に減少する。さらに、フランクの
曲率半径も半径方向最内側部分内で急激に減少す
る。ロータのフランクの直接接触する面が、それ
ぞれ雄ロータのピツチ円の外側、および雌ロータ
のピツチ円の内側に位置する場合、ピツチ円での
雄ロータのフランクの曲率半径を比較的短くする
代りに、この修正されたプロフイルはロータの製
作に対して許容されうるが、関連するピツチ円を
越えてこれらの接触面が極く短くとも延びること
は許されない。その結果、米国特許第4053263号
に示す修正されたロータプロフイルは、雌ロータ
駆動に特に不可欠であるが雄ロータランドの接触
面がピツチ円内に延びる場合はロータの製作に不
適である。

英国特許第1197432号に示されているロータプ
ロフイルのさらに別の修正が英国特許第1358505
号に示されており、そこではピツチ円の内側で、
かつそれに近い雌ロータの各溝のフランクには円
弧に追随する凸形のフランク部分が設けられてい
る。前記円弧の半径の長さはロータの中心距離の
20％から40％のオーダであつて、前記円弧の中心
は雌ロータのピツチ円の外側に配置されている
が、これはピツチ円との交錯点において雄ロータ
の協働するフランク部分が前記交錯点を通りロー
タの中心から引かれた半径線と単に約５度の角度
を形成する接線を有し、かつ前記交錯点における
フランク部分の曲率半径が極めて小さく、かつピ
ツチ半径と前記５度の角度の正弦関数との積の約
60％から70％に達するのみであることを意味す
る。また前記接線と半径との間の角度はこの修正
されたプロフイルにおいても双曲線形であつて、
ピツチ円において高い値に達する。このように、
英国特許第1197432号のそれに比べてこのプロフ
イルの利点は無視可能な程度である。

本発明の第１の主要な目的は、より正確かつ、
安価にて製作可能であり、同時にその効率が従来
の機械に比して改良された形態のスクリユロータ
機械を達成することである。

本発明の第２の目的は雄ロータ駆動のみなら
ず、少なくとも効率が同じで、かつ機械的な信頼
性を備えた雌ロータ駆動に対しても採用可能なス
クリユロータ機械を提供することである。

本発明の第３の目的は各雌ロータのランドが、
その周囲の幅が半径方向最外側から最内側に向か
つて連続的に増加することによつて、折曲げ力に
対する剛性を増すような形状であるロータプロフ
イルを提供することである。

本発明の第４の目的は、ロータが回転するにつ
れて、その一端から他端に向かつて各ロータのフ
ランクに沿つて密封点が連続的に運動するように
することである。

本発明の主要な目的は、ピツチ円に近い区域内
において、各雄ロータの溝の第１のフランクの部
分に関して少なくとも、英国特許第1197432号に
示すロータプロフイルを修正することによつて達
成される。ロータの軸線に対する垂直平面におい
て、ピツチ点の角度、即ちピツチ円との交錯点に
おけるフランクに対する接線とこの交錯点を通る
ロータの中心から半径方向の線との間の角度は、
この点におけるフランクの曲率半径がロータのピ
ツチ半径とピツチ点の角度の正弦関数との積を上
廻る長さを有すると同時に0.25から0.75ラジアン
の範囲に入る。さらに、ピツチ円近くの区域内に
おけるフランクの形状は任意の点におけるフラン
クに対する接線と、この任意の点を通るロータ中
心からの半径方向の線との間の角度であるピツチ
点角度からの角度変化と前記点からピツチ円まで
の半径方向の距離との間の比率が概ね一定であ
り、かつピツチ円から離れたフランクの主要部分
にわたるそのような比率の平均値に対し略均等と
なるようなものである。このように、ロータの製
作はその製作方法とは無関係に商業化される。工
具の軸線と加工物の軸線とが適正な作業状況に対
して選定可能であるがゆえに、切削あるいは研磨
方法が採用される場合特に有利である。実際のフ
ランク部分の曲率半径が増加することと相俟つ
て、このために、公差が近密となり、フランクの
表面が滑かとなり、工具の摩耗が少なくなり、工
具の砥ぎ作業時間に製作できるロータの数が増
え、かつより速い切削速度を使用できるというこ
とになる。さらに、工具は、２個のフランクがそ
の間で著しい角度を常に形成するような形状とな
る。これは製作が簡単で、かつ砥ぎ作業毎に削ら
れる材料の量が最小となることによつて、砥ぎ作
業回数が最大となることを特に意味する。換言す
れば、ロータの品質が向上すると同時に、製作コ
ストが減少する。さらに、ピツチ円近くのフラン
クの曲率半径が増加することによつて、フランク
の表面応力が著しく減少される。新規のフランク
プロフイルは実際の接触区域内でのロータフラン
ク間の摺動速度が比較的低くなるという事実と併
せて、作動中のロータの摩耗も減少され、これは
摩耗損失が少ないということと機械的な信頼性が
さらに向上することを意味する。また、ロータの
品質が向上することによつて公差をより近密にし
うることと併せ、機械の全体効率が著しく向上す
ることを意味する。

本発明の第２の目的は、雄ロータの第１フラン
クに、ピツチ円の両側に延び、かつ曲率半径が全
体的に一定の部分を設けることにより達成され
る。このように、本発明の主目的に関して上述し
たと同じように、ピツチ円の内側で著しい量の曲
率半径を有し、かつ好ましい接線角度を有する接
触面を容易につくることができる。

本発明の第３の目的は、雄ロータの第２フラン
クに、ピツチ円から外方に延び、かつピツチ点を
通る半径方向の線に対して20度以上の角度を形成
するピツチ点接線を有する、全体的に曲率半径の
一定の部分を設けることにより達成できる。この
ようにしてつくられた雌フランクの第２フランク
はＳ字形となり、半径方向最外側から最内側へ雄
ロータのランドの周縁幅を連続的に増加させる。

本発明の第４の目的は英国特許第1197432号に
示すロータの第１フランクのプロフイルにある鋭
い角部を短い円弧に代えることにより達成でき
る。このように、このフランクプロフイルはさら
に正確に、かつ完成品のロータを損傷させる危険
性をより少なくして製作でき、同時に密封点がフ
ランクの全部分に沿つて連続的に移るにつれて、
より良好な密封作用をもたらし、かつ従来のロー
タプロフイルにおける鋭い角部による密封面に比
較して円弧部分の密封上の局部的な欠陥が少ない
ため密封面が著しく減少される。

さて、本発明を添付図面に示すコンプレツサの
実施例について以下詳細に説明する。

第１図から第３図に示すスクリユコンプレツサ
は、概ね平行軸線を有する交錯した２個の円筒形
孔の形態である作動空間を形成しているケーシン
グ１０を含む。さらにケーシング１０には作動流
体用の低圧通孔１４と高圧通孔１６とが設けられ
ており、該通孔はそれぞれ低圧口１８と高圧口２
０を介して前記作動空間１２と連通している。

図示コンプレツサにおいて、低圧口１８は全体
が作動空間の低圧側端壁２２に位置しており、か
つ孔の軸線を含む平面の一方の側に主として延び
ている。図示コンプレツサの高圧口２０は部分的
に作動空間１２の高圧側端壁２４に、かつ部分的
にバレルの壁２６に位置しており、全体に孔の軸
線を通る平面の低圧口１８とは反対の側に位置し
ている。

作動空間１２には２個の協働するロータ、即ち
雄ロータ２８と雌ロータ３０とが設けられてお
り、これらのロータはそれらの軸線を前記孔の軸
線に一致させて位置している。これらのロータは
低圧側端壁では円筒ローラベアリング３２に、高
圧側端壁２４では肩を備えた対のボールベアリン
グ３４によつてケーシング１０で支承されてい
る。さらに雌ロータ３０にはケーシング１０の外
側へ突出した短軸３６が設けられている。

雄ロータ２８は４個のヘリカルランド３８と約
300度の全巻き角を有する中間溝４０を有する。
雌ロータ３０の方は６個のヘリカルランド４２と
約200度の全巻き角を有する中間溝４４とを有し
ている。雌ロータのランド４２には雌ロータ３０
のピツチ円４６の外側に半径方向に位置したアデ
ンダム４８が設けられており、雄ロータの溝４０
には雄ロータ２８のピツチ円５０の内側で半径方
向に位置した、対応したデデンダム５２が設けら
れている。

作動空間１２のバレル壁２６には複数の油噴射
通孔５４が設けられており、該通孔は作動空間１
２を形成する２個の孔の間の交錯線で開放してい
る。これらの通孔５４は油供給室５８と作動空間
１２との間の連通を行つている。この油供給室へ
は前記通孔５４の開口のところで、作動空間に介
在する圧力より高圧で供給開口６０を介して油
が、加圧された油源（図示せず）から供給され
る。

第２図と第３図とに示すように、各雄ロータの
溝４０はコンプレツサに配置されたときは前記溝
の先導フランクであり、エキスパンダに配置され
ると曳行フランクとなる第１のフランク６２と、
それぞれ曳行フランク、あるいは先導フランクと
なる第２のフランク６４とを含む。前記フランク
６２，６４の各々は前記溝４０の半径方向最内側
の底部分６６から隣接するランド３８の頂部６８
へと外方に延びる。

前記第１のフランク６２は３個の連続した部分
からなつている。そのフランクの第１の部分７０
―７２は、本発明によると、ピツチ半径の0.9倍
から1.15倍の範囲内に延在するのが最適であり、
また前記第１の部分は、半径がr₁でその中心７４
がロータ２８の中心７６からb₁の距離にある円弧
に做つており、かつロータのピツチ半径r_Mの約95
％である、ロータの中心７６からの距離からピツ
チ半径r_Mの約110％であるロータの中心７６から
の距離まで延びている。前記部分７０―７２は点
７８でピツチ円５０と交錯し、この点において半
径方向の線７６―７８に対してε₁の角度を形成す
る接線を有する。ε₁の角度は20度、即ち約0.3ラ
ジアンである。半径r₁の長さは本発明によるとピ
ツチ円と第１のフランクとの交点における第１の
フランクの接線と半径線との間の角度の正弦関数
とピツチ半径との積を越える長さであるのが最適
であり、前記長さは特に前記積の1.1倍から1.7
倍、好ましくは約1.5倍であり、前記半径r₁の中
心は雄ロータの中心から一定の距離にあり、この
距離とピツチ半径との間の比はピツチ角度の余弦
関数と前記関数の平方根との間にある。図示の実
施例において、半径r₁の長さはピツチ半径r_Mと
sinε₁との積の約1.6倍である。距離b₁はピツチ半
径r_Mとcosε₁との積より若干大きい。フランク６
２の第２の部分７２―８０は雌ロータの溝４４の
該第２の部分と協働する第１のフランク１００の
断面８２―８４によつてつくられる全体的に外ト
ロコイド曲線に做い、前記第１のフランク部分７
０―７２のそれと共通の接線をもつ点７２からラ
ンド３８の頂部６８に近接して配置した点８０へ
と延びる。前記フランク部分８２―８４はr_Sの半
径で中心８６が雌ロータ３０の中心８８からb_Sの
距離に配置された円弧に做う。半径r_Sの長さは、
本発明によるとロータの中心７６，８８の間の距
離の10％未満であるのが最適であり、そして図示
されているのは約５％である。b_Sの距離は雌ロー
タ３０のピツチ半径r_Fと√₁との積と略等し
い。第２のフランク部分７２―８０を画成する全
体的に外トロコイドの曲線の曲率半径は外側の点
８０から、半径r₁に対して関数的に最小均等とな
る内側の点７２に向かつて連続的に減少する。フ
ランク６２の第３の部分８０―６８は半径がr₃
で、その中心９０がロータ２８の中心７６からb₃
の距離に配置されている円弧に做い、第２のフラ
ンク部分７２―８０のそれと共通の接線をもつ点
８０から頂部６８へと延びる。半径r₃の長さは、
本発明によるとロータの中心７６，８８の間の距
離の15％未満であるのが最適であり、そして図示
されているのは約５％である。距離b₃はロータ２
８の外側半径と半径r₃との間の差に略等しい。

第２のフランク６４はr₂の半径で、その中心９
２がロータの中心７６からb₂の距離に配置されて
いる円弧を做い、ロータのピツチ半径r_Mの約95％
である、ロータの中心７６からの距離に配置され
たピツチ円５０の内側の点９４から頂点６８へと
延びる。第２のフランク６４は点９６においてピ
ツチ円５０と交錯し、この点において半径方向の
線７６―９６に対してε₂の角度を形成する接線を
有する。角度ε₂は30度、即ち約0.5ラジアンであ
る。半径r₂の長さはピツチ半径r_Mとsinε₂との積の
約1.4倍である。距離b₂はピツチ半径r_Mとcosε₂と
の積より若干大きい。

底部６６はロータの中心７６で円筒形の主要な
凸部と、それぞれ点７０と９４とでロータ２８の
第１と第２のフランクを滑らかに接続する２個の
小さい凹状部分とからできている。

頂部６８はロータ２８の第１と第２のフランク
とを滑かに接続するためにピツチ円５０上に中心
を有する凸形の円弧に做つている。

雌ロータの各溝４４はコンプレツサに配置され
ると溝の曳行フランクとなり、エキスパンダに配
置されるとその先導フランクとなる第１のフラン
ク１００と、対応してそれぞれ先導フランクと曳
行フランクとになる第２のフランク１０２とを含
む。前記フランク１００，１０２の各々は溝４４
の半径方向に最内側の底部分１０４から隣接する
ランド４２の頂部まで外方に延びている。

第１のフランク１００は３個の連続した部分よ
りなつている。頂部１０６から点８２へ延びる第
１の部分は雄ロータ２８のそれと協働し第１のフ
ランク６２の第１の部分７０―７２によつてつく
られる曲線に追従している。第２の部分は雄ロー
タの第１のフランク６２の第２の部分７２―８０
に関連して前述したフランク部分８２―８４であ
る。しかしながら、この部分８２―８４は長さ零
まで減少させることによつてこの部分を鈍形の角
部に代替可能なことを注目すべきである。点８４
から底部１０４まで延びる第３の部分は雄ロータ
２８の協働する第１のフランク６２の第３の部分
８０―６８によつてつくられる曲線に做つてい
る。雌ロータの溝４４の第２のフランク１０２
は、それと協働する雄ロータの第２のフランク６
４によつてつくられる変曲点を有する凸凹曲線に
做つている。

雌ロータ３０の頂部１０６は、該ロータの中心
８８の周りで円筒形の主要な凸形部分と、該ロー
タの第１と第２のフランクに円滑に接続する２個
の小さい凸形部分とからつくられている。

雌ロータ３０の底部１０４は該ロータ３０の第
１と第２のフランクとを滑かに連ぐための、ピツ
チ円４６に中心１０８がある凹形の円弧に做つて
いる。

雄ロータ２８の頂部６８と雌ロータ３０の底部
１０４とをロータの関連した中心７６，８８の周
りで円筒形の凸形部分となるような形にすること
も可能なことを注目すべきである。また、雌ロー
タの頂部１０６の小さな凸部と雄ロータ２８の第
１のフランク６２の第３の部分８０―６８とを鈍
形の角部に代替させることも可能である。

噛み合いスクリユロータ機械の分野において周
知のように、ロータのランドと溝は、作動空間１
２の穴壁と共に山形状の室を提供し、各室は雄ロ
ータの溝の一部と、これに連通する雌ロータの溝
の一部を含む。この雌ロータの溝は、前記室の頂
点からの方向に見た時、前記室の雄ロータの溝に
進入する雌ロータのランドの最も近い側に位置す
る。このような山形状の室の脚部を形成する各溝
の部分は、該脚部の周囲外壁として見なされるも
のを形成する第１の溝のフランクおよび該脚部の
周囲内壁として見なされるものを形成する第２の
フランクにより限定される。

第４図は５個のランドと溝とを有する雄ロータ
と７個のランドと溝とを有する雌ロータとを組合
せるよう設計した前記同じ一般的な形態のロータ
の形状を示す。

第５図は雄ロータフランクと、ロータの中心か
ら実際の接点を通る半径線との間の「ε＋μ」で
指示する角度を示し、この場合この接点からロー
タの中心までの距離を「ｒ」で指示し、この点か
らロータのピツチ円５０までの距離を「ｅ」で指
示し、ロータのピツチ半径を「r_M」で指示してい
る。

第６図はロータ７６からの半径方向距離「ｒ／
r_M」の実際の接点に対する関数として、第５図に
関して規定した「μ／ｅ」の比の変化を線図で示
している。「ａ」の曲線は第３図の第２のフラン
ク６４に関し、「ｂ」の曲線は第３図の第１のフ
ランク６２に関し、「ｃ」の曲線は英国特許第
1197432号の第６図に示すロータ形状における対
応した第１のフランク「116」に関し、「ｄ」の曲
線は比較するために、ピツチ円に隣接したフラン
ク部分を20度の圧力角を有するインボリユート形
のフランク部分に代替した場合の曲線「ｃ」に類
似のフランクの作用を示している。この線図に明
瞭に示されているように、これまで使用されてき
た形式の第１のフランクの「μ／ｅ」比に対し
て、曲線「ｃ」はピツチ円に漸近線を有する全体
的に双曲線の形式のものの作用に追随している。
換言すれば、正接角の角度方向の偏位はピツチ円
近くの区域内で接点の半径方向位置に応じて極め
て急速に変わる。このことは、そのようなプロフ
イルをつくるためのカツタも、その刃先がその方
向と曲率半径とが急速に変化する形をもつことに
なり、その結果適正な公差を有するロータをつく
るにはカツタに極めて高度の精度が要求されるこ
とを意味する。

フランクの根元部分をインボリコート形のフラ
ンク部に代替させることによりある程度の改良が
得られる。しかしながら、曲線「ｄ」の線図に示
すように、ピツチ円からインボリユートの基準円
へ最も微妙な部分が移されたとしても、「μ／ｅ」
の比率は同じ一般的な形態の作用を追随する。

しかしながら、第１図に示すプロフイルにおけ
る第１のフランク６２は「μ／ｅ」比に関して全
く異つた作用をもたらす。曲線「ｂ」の線図に示
すように、その作用は特にピツチ円の両側に延び
る区域内では直線に近づく。さらに、この区域内
での作用値は約1.6に達し、概ね一定であり、ロ
ータの中心からより離れた距離に位置される接点
群での平均値に概ね等しい。本発明によれば、
「μ／ｅ」比のこの値は μ／ｅ＝１−ｃ／cos²ε／tanε となるように選択される。ｃは最大値が約0.4、
最小値が約0.1、好適値が0.2〜0.3の常数である。

第３図に示すプロフイルでの第２のフランク６
４も「μ／ｅ」比に関して同様の作用をもたら
す。曲線「ａ」の線図に示すように、その作用は
ピツチ円の内側、ならびに外側において、フラン
クの主要部分にわたつて概ね直線となり、約1.1
の実用の一定値を有し、この値も前掲の式の範囲
に入る。

本発明によつて、各雄ロータの溝のフランクの
形をつくることによつて、正接角の急激な偏位
は、特にピツチ円に隣接し、かつその両側に配置
されたフランクの部分の範囲内で接点の半径方向
位置に比例して変化する。このことは、そのよう
なプロフイルをつくるためのカツタは、その刃先
がその方向や、あるいは曲率半径を急激に変化さ
せることのない連続した曲線に追随し、その結果
同じカツタ公差をもつ英国特許第1197432号の第
６図に示す旧式のロータに比較して極めて近密な
カツタ公差をもたらす形状をもつことになること
を意味する。換言すれば、ロータの品質、そのた
めそのロータを装着するスクリユロータ機械の効
率が製作費を何ら増加せしめることなく著しく増
加するのであり、事実この新規のカツタの形状が
より簡単になり、かつ安価でつくられるようにな
るのでそのコストは下がることすらありうる。

この事実をさらに第７図に示すが、ここでは本
発明によるプロフイルをもつカツタの刃の形状
が、点線で示す前述した旧式のカツタの対応した
プロフイルと共に示されている。本図で明確に示
しているように、カツタ刃の２個のフランクの間
の角度は本発明によるものは、旧式のロータプロ
フイルによるものよりもはるかに大きい。この事
実はフランクの間の角度が最小である刃の外端に
おいて最も顕著である。このように新規な刃の最
小角度は約48度であつて、これは単に約12度であ
る旧式のカツタ刃のそれの約４倍である。その結
果、各作業で研磨される材料の量が激減するの
で、新しい刃が最小寸法にまで切削されるまでの
可能な砥ぎ作業回数が何倍も多くなる。このよう
に工具の費用が著しく節減され、これはスクリユ
ロータ機械の製造がさらに経済的になることを意
味する。

さらに、この刃のプロフイルは切削角がより好
ましいこと、かつ工具の摩耗がより少ないことを
意味し、砥ぎ作業の間でより多くのロータが製造
できることを意味する。さらに、この新規なプロ
フイルは製作中に切削具と加工物との間での角度
を広範囲に選択できるようにするが、これは切削
速度の増加の可能性の途を開くため、工具の摩耗
をさらに減少させるよう有利な切削角度が得られ
ることを意味する。換言すれば、本発明は旧式の
効率の劣る機械に対して著しく低コストでより効
率の高い機械をつくれる可能性を提供する。

前述の説明はプロフイルの切削方法に限定して
いるが、同じ利点が例えばホブ切りとか研磨のよ
うなその他の切削方法に対しても得られる。ま
た、ロータをプラスチツク変形方法および鋳造を
含むその他の如何なる形の製造方法によつて作つ
たとしても同様、あるいは相応の利点が得られ
る。

さらに、雄ロータの第１のフランク部分はロー
タのフランクの表面応力を最小とする曲率半径を
有し、これは相対指動速度が減少したことと相俟
つて、スクリユロータ機械の作動中のロータの摩
耗を減少させる。

雄ロータの少なくとも第１のフランクがピツチ
円の内側に延びているという事実によつて、この
側でのロータフランクの間の接触面積がピツチ円
のこの側に配置できるようにし、協働するフラン
クの間の相対運動が、前記接触面の間で潤滑油膜
を確実につくるような雌ロータ駆動装置を使用で
きるようにする。

このように、本発明により高効率で、摩耗が少
なく、雌ロータならびに雄ロータ駆を行うことの
できるスクリユロータ機械をつくることが可能で
ある。この機械は、さらに、製作方法には関係な
く、従来周知の形式の類似機械よりも、簡単で、
かつ安価につくられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の線１―１よりみたスクリユコ
ンプレツサの垂直断面図、第２図は第１図の線２
―２よりみた第１図に示すコンプレツサの横断面
図、第３図は増尺した第２図の詳細図、第４図は
本発明による別のロータのプロフイルを示し、第
５図は第３図に示す雄ロータの一部を示し、第６
図はロータ半径に関連した雄ロータのフランクの
形状を示す線図、第７図はカツタ刃のプロフイル
を示す。 図において、１０…ケーシング、１２…作業空
間、１８…低圧口、２０…高圧口、２８…雄ロー
タ、３０…雌ロータ、４０，４４…溝、４４，５
０…ピツチ円、６２…雄ロータの第１フランク、
６４…第２フランク、７０―７２…第１フランク
の第１の部分、７２―８０…第２の部分、７６，
８８…ロータの中心、１００…雌ロータの第１の
フランク、１０２…第２のフランク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれ低圧通孔と高圧通孔に連通する、隔
   置された低圧口および高圧口を具備し、かつ全体
   として平行軸線を有し相互に交差する少なくとも
   ２個の孔から成る作動空間を備えたケーシング
   と、前記孔内に配置され、対で噛合ういくらかの
   ロータを含み、各ロータはヘリカルランドとその
   間にある溝を有し、それにより一対の連通した溝
   部分がロータの軸線に対して横断方向で、かつス
   クリユロータ機械の高圧口に隣接した平面にその
   基端を配置させた山形状の室を形成し、各対のロ
   ータの一方は雌ロータ形式であり、すなわち各ラ
   ンドと溝の少なくとも大部分がロータのピツチ円
   の内側に位置するように形成され、対のロータの
   他方は雄ロータ形式であり、すなわち各ランドと
   溝の少なくとも大部分がロータのピツチ円の外側
   に位置するように形成され、一方のロータのラン
   ドは他方のロータの溝により展開された包絡線に
   従つて、ロータの間に連続した密封線を形成し、
   各ロータの溝は、雌ロータの溝から成る前記室の
   脚部の周囲外壁と雄ロータの溝から成る前記室の
   脚部の周囲内壁とを形成する第１のフランクおよ
   び前記室の関連の脚部の他方の壁を形成する第２
   のフランクを備えている、作動流体用のスクリユ
   ロータ機械において、ロータの軸線に対して垂直
   な面において、各雄ロータの溝の第１のフランク
   のピツチ円に交差する点における接線と、このピ
   ツチ円に交差する点を通るロータの半径方向の線
   とが0.25から0.75ラジアンの範囲内にある角度を
   形成し、前記ピツチ円に交差する点における前記
   第１のフランクの曲率半径は前記ピツチ円の半径
   と前記角度の正弦関数との積を越える長さを有し
   ていることを特徴とするスクリユロータ機械。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の機構におい
   て、前記第１のフランク部分が凸状に湾曲してお
   り、該第１のフランク部分は前記交差する点を含
   み且つこの第１のフランク部分の一番端の半径方
   向の線の長さはピツチ円の半径の0.9から1.15倍
   までの範囲内にあることを特徴とするスクリユロ
   ータ機械。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の機械におい
   て、前記第１のフランク部分は、任意の点におけ
   る前記第１のフランク部分に対する接線とその任
   意の点を通る半径方向の線との間の角度の前記ピ
   ツチ点角度からの角度偏差と、前記任意の点から
   ピツチ円までの距離との間の比率が概ね一定であ
   つて、かつ前記第１のフランク部分の外側に配置
   されたフランクの大部分の前記点における前記比
   率の平均値に対し略等しいことを特徴とするスク
   リユロータ機械。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の機械におい
   て、前記比率が次式に従つて変り、 μ／ｅ＝１−ｃ／cos²ε／tanε ここで、μがラジアンで示す角度偏差、 ｅがピツチ半径に応じて実際の点からピツチ円
   までの半径方向の距離、 εがピツチ点角度、 ｃが最大値約0.4、最小値0.1および好適値0.2か
   ら0.3である常数であることを特徴とするスクリ
   ユロータ機械。 ５ 特許請求の範囲第２項から第４項までのいづ
   れか一項に記載の機械において、前記第１のフラ
   ンク部分は曲率半径が概ね一定であることを特徴
   とするスクリユロータ機械。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の機械におい
   て、前記第１のフランク部分は二次曲線に従うこ
   とを特徴とするスクリユロータ機械。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載の機械におい
   て、前記曲線はピツチ半径と前記ピツチ点角度の
   正弦関数との積の1.1から1.7倍、好ましくは約1.5
   倍の半径を有し、かつその中心をロータの中心か
   ら一定距離に配置させた円弧であつて、前記一定
   距離とピツチ半径との間の比率がピツチ角度の余
   弦関数と、その平方根との間にあることを特徴と
   するスクリユロータ機械。 ８ 特許請求の範囲第２項から第７項までのいず
   れか一項に記載の機械において、前記ピツチ点角
   度が約0.3ラジアンであることを特徴とするスク
   リユロータ機械。 ９ 特許請求の範囲第１項から第８項までのいず
   れか一項に記載の機械において、前記雄ロータの
   第１のフランクが該フランクの前記第１のフラン
   ク部分に隣接し、かつそこから半径方向の外方へ
   延びる第２のフランク部分を含み、前記双方のフ
   ランク部分に共通の点における該第２のフランク
   部分の曲率半径が該共通点における第１のフラン
   ク部分の曲率半径と少なくとも同じ長さであるこ
   とを特徴とするスクリユロータ機械。 １０ 特許請求の範囲第９項に記載の機械におい
   て、前記第２のフランク部分は雌ロータのピツチ
   円の内側に配置された雌ロータの協働するフラン
   ク部分により創成された全体的に外トロコイド形
   状であることを特徴とするスクリユロータ機械。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載の機械にお
   いて、前記フランク部分は、長さがロータの中心
   間の距離の10％以下、好ましくは約５％の長さの
   半径と、ロータの中心から一定距離に位置した中
   心を有する円弧に従い、前記距離と雌ロータのピ
   ツチ半径との間の比率が前記ピツチ点角度の余弦
   関数の平方根に略等しいことを特徴とするスクリ
   ユロータ機械。 １２ 特許請求の範囲第１０項または第１１項に
   記載の機械において、前記フランク部分は同じ点
   における連続したフランク部分の接線と共通の接
   線を各端点に有することを特徴とするスクリユロ
   ータ機械。 １３ 特許請求の範囲第１０項から第１２項まで
   のいずれか一項に記載の機械において、雄ロータ
   の前記第１のフランクが、前記第２のフランク部
   分に隣接し、かつそこから関連のランドの頂部に
   向かつて半径方向の外方へ延びた第３のフランク
   部分を含み、この第３のフランク部分はそのいづ
   れの点においても短い曲率半径を有し、かつ曲線
   中心をロータのピツチ円の外側に配置させた凸状
   の曲線に従うことを特徴とするスクリユロータ機
   械。 １４ 特許請求の範囲第１３項に記載の機械にお
   いて、第３のフランク部分を画成する前記曲線は
   二次曲線であることを特徴とするスクリユロータ
   機械。 １５ 特許請求の範囲第１４項に記載の機械にお
   いて、前記二次曲線は、ロータの中心間の距離の
   15％以下、好ましくは約５％の長さの半径を有す
   る円弧であることを特徴とするスクリユロータ機
   械。 １６ 特許請求の範囲第１３項から第１５項まで
   のいずれか一項に記載の機械において、前記第３
   のフランク部分が同じ点における第２のフランク
   部分の接線と共通の接線を半径方向の最内側の点
   において有することを特徴とするスクリユロータ
   機械。 １７ 特許請求の範囲第１項から第７項までのい
   ずれか一項に記載の機械において、雄ロータの各
   溝の第２のフランクが第１のフランクの第１のフ
   ランク部分と類似の第１のフランク部分を含むこ
   とを特徴とするスクリユロータ機械。 １８ 特許請求の範囲第１７項に記載の機械にお
   いて、第２のフランクの前記第１のフランク部分
   がランドの頂部まで外方に延びていることを特徴
   とするスクリユロータ機械。 １９ 特許請求の範囲第１７項または第１８項に
   記載の機械において、第２のフランクのピツチ点
   角度が約0.5ラジアンであることを特徴とするス
   クリユロータ機械。 ２０ 特許請求の範囲第１項から第１９項までの
   いずれか一項に記載の機械において、雄ロータの
   各ランドの頂部は、中心をピツチ円上に位置さ
   せ、同じ点における隣接のフランク部分の接線と
   共通の接線を各端に有する円弧に従うことを特徴
   とするスクリユロータ機械。