JP4068083B2

JP4068083B2 - スクリューロータ

Info

Publication number: JP4068083B2
Application number: JP2004175308A
Authority: JP
Inventors: 伸弘西村
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: JP2005351238A

Description

本発明は、回転式流体機器に、例えばスクリュー真空ポンプに使用されるスクリューロータに関し、特にその軸断面形状に関する。

従来、スクリュー真空ポンプとしては、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。このスクリューポンプでは、スクリューの歯形の軸直角断面が、円弧状の外周部と、円弧状の歯底部とを有し、外周部と歯底部とが２つの曲線部によって結合されている。一方の曲線部は、相手側のスクリューの外周部端（歯先）が描くトロコイド曲線によって形成され、他方の曲線部は、ピッチ円上に中心を持つ２つの円弧によって形成されている。

特公昭６４−８１９３号公報

このスクリューの歯形は、干渉が無く、かつ漏れの無い歯形であるが、歯先が鋭角であるので、吸引流体による摩耗、折損、腐食等により、歯先がその形状を保てなくなり易く、真空ポンプとして使用している間に、ポンプの性能低下を引き起こす。この点を改善するために、歯先を円弧に形成することも考えられる。しかし、摩耗、折損、腐食等が生じにくくするためには円弧を大きくする必要がある。そのため、圧縮漏れを起こしやすく、性能の低いポンプとなる。

本発明は、漏れが無く性能低下が生じないスクリューロータを提供することを目的とする。

本発明によるスクリューロータは、回転式流体機器用のものである。例えば、スクリューポンプ用である。回転式流体機器は、互いに噛み合う方向に回転する２つのスクリューロータをケーシング内に収容し、これら２つのスクリューロータの噛み合う方向の回転に従って流体を前記ケーシングの一端より吸入し、他端より吐出するものである。これらスクリューロータは、歯形の軸直角断面形状が、円弧状の歯底部と、円弧状の外周部と、前記歯底部と前記外周部とを連結する第１及び第２の曲線部とを、含んでいる。歯底部の半径よりも外周部の半径の方が大きく、これらの間に、ピッチ円の半径がある。各スクリューロータの第１曲線部は、相手側スクリューロータの前記外周部の端が創生するトロコイド曲線である。この第１曲線部の前記外周部側にある端は、この端により創生されるトロコイド曲線が相手側スクリューロータの第１曲線部の前記外周部側の端と交わるように形成されている。第１曲線部の外周部側の端と前記外周部の端とを繋ぐ接続部が設けられている。接続部は直線状部とすることもできるし、或いは、相手側スクリューロータの第１曲線部への単数または複数の交点がこの接続部中に形成されるようにしてもよい。第２曲線部を、歯底部に繋がりピッチ円上に中心を有する円弧と、外周部に繋がりピッチ円上に中心を有する円弧と、これら２つの円弧を繋ぐインボリュート曲線とから構成することもできる。

このように構成されたスクリューロータでは、接続部の両端にある第１曲線部の端と外周部の端とによって擬似的な面シールが構成され、シール性が向上するし、吸引流体による摩耗、折損、腐食等の影響が少なく、長期的に同一性能を維持することができる。また、歯先を円弧にする場合と比較して、圧縮漏れが少ない。また、２つのスクリューロータの第２曲線部同士によっても、強固にシールすることができ、更にシール性が向上する。

以上のように、本発明によれば、漏れが無く性能低下が生じないスクリューロータを提供することができる。

本発明の１実施形態のスクリューロータを備えた流体回転機器は、例えばスクリュー真空ポンプである。この真空ポンプは、図示していないケーシング内に、図１に示すように平面形状が８の字型のポンプ室２を有している。このポンプ室２内にスクリューロータ４、６が収納されている。これらスクリューロータ４、６には、図示していないがそれぞれに回転軸が設けられ、その長さ方向に沿って歯が形成されている。スクリューロータ４、６の歯は、ねじれ方向が逆方向である点を除いて同一形状に形成され、互いに非接触の状態に噛み合わされている。これら回転軸は、図示していない駆動手段、例えばモータ及び駆動伝達機構に結合され、スクリューロータ４、６が互いに噛み合うように逆方向に（図１において、スクリューロータ４が時計方向に、スクリューロータ６が反時計方向に）回転させられる。図示していないが、ケーシングの一端には、吸い込み口が設けられ、この吸い込み口から吸引された流体、例えば気体、具体的には空気がスクリューロータ４、６の回転に従って、これらの間で圧縮され、図示していないがケーシングの他端に設けた吐出口から吐出される。

スクリューロータ４、６の歯形の回転軸直角断面は、図１に示すように回転軸の中心を中心とする円弧状の外周部４Ａ−４Ｂ、６Ａ−６Ｂと、同じく回転軸の中心を中心とする円弧状の歯底部４Ｃ−４Ｄ、６Ｃ−６Ｄとを有している。外周部４Ａ−４Ｂ、６Ａ−６Ｂの半径が、歯底部４Ｃ−４Ｄ、６Ｃ−６Ｄの半径よりも大きい。なお、図１に符号８、１０で示すのは、スクリューロータ４、６のピッチ円である。外周部４Ａ−４Ｂ、６Ａ−６Ｂ間には、第２曲線部、例えば複合曲線部４Ｂ−４Ｃ、６Ｂ−６Ｃと、第１曲線部、例えば複合曲線部４Ｄ−４Ａ、６Ｄ−６Ａとが形成されている。これらスクリューロータ４、６の軸方向断面は、公知のものと同様であるので、詳細な説明は省略する。

複合曲線部４Ｄ−４Ａ、６Ｄ−６Ａは、単一曲線部４Ｄ−４Ｅ、６Ｄ−６Ｅと、接続部、例えば直線部４Ｅ−４Ａ、６Ｅ−６Ａとからなる。単一曲線部４Ｄ−４Ｅは、相手側のスクリューロータ６の外周部６Ａ−６Ｂの一点、例えば単一曲線部４Ｄ−４Ｅと噛み合う側にある端６Ａが創生するトロコイド曲線によって決定されている。同様に単一曲線部６Ｄ−６Ｅは、相手側のスクリューロータ４の外周部４Ａ−４Ｂの一点、例えば単一曲線部６Ｄ−６Ｅと噛み合う側にある端４Ａが創生するトロコイド曲線によって決定されている。但し、曲線部４Ｄ−４Ｅの外周部４Ａ−４Ｂ側にある端４Ｅは、この端４Ｅが創生するトロコイド曲線αが、相手側のスクリューロータ６の曲線部６Ｄ−６Ｅの外周部側の端６Ｅと交わるように決定されている。同様に、スクリューロータ６の曲線部６Ｄ−６Ｅの端６Ｅは、この端６Ｅが創生するトロコイド曲線が、スクリューロータ４の曲線部４Ｄ−４Ｅの端４Ｅと交わるように決定されている。このように決定された端４Ｅ、６Ｅと外周部４Ａ−４Ｂ、６Ａ−６Ｂの端４Ａ、６Ａとが直線状に繋がれて、直線部４Ｅ−４Ａ、６Ｅ−６Ａが形成されている。

複合曲線部４Ｂ−４Ｃ、６Ｂ−６Ｃは、２つの円弧４Ｂ−４Ｆ、６Ｂ−６Ｆ、４Ｇ−４Ｃ、６Ｇ−６Ｃを含んでいる。円弧４Ｂ−４Ｆ、６Ｂ−６Ｆは、外周部４Ａ−４Ｂ、６Ａ−６Ｂの端４Ｂ、６Ｂに接するように接続され、ピッチ円８、１０上に中心を有し、外方に向かって凸の円弧である。円弧４Ｇ−４Ｃ、６Ｇ−６Ｃは、歯底部４Ｃ−４Ｄ、６Ｃ−６Ｄの端４Ｃ、６Ｃに接するように接続され、ピッチ円８、１０上に中心を有し、内方に向かって凸の円弧である。これら円弧４Ｂ−４Ｆ、４Ｇ−４Ｃの間、６Ｂ−６Ｆ、６Ｇ−６Ｃの間がインボリュート曲線４Ｆ−４Ｇ、６Ｆ−６Ｇによって結合されている。

図２（ａ）は、吸い込み口から吸引された気体を圧縮する状態にスクリューロータ４、６が回転した状態を示す。同図（ｂ）は、図２（ａ）において破線で囲んだ部分の拡大図である。この状態では、８の字型のポンプ室２の窪んだ部分で、スクリューロータ４、６が噛み合う。同図（ｂ）から明らかなように、この圧縮状態では、直線部６Ａ−６Ｅによって擬似的に面シールが構成される。従って、上述した従来技術のように線シールする場合よりもシール性が向上するし、吸引流体による直線部６Ａ−６Ｅの摩耗、折損、腐食が少なく、長期的に安定した性能を保持する。また、一点シールに代えて歯先を円弧にした場合と比較しても、圧縮漏れが圧倒的に少ない。

なお、スクリューロータ４、６が回転していく際の吸引過程では、８の字型のポンプ室２における窪んだ部分で、スクリューロータ４の円弧４Ｂ−４Ｆとスクリューロータ６の円弧６Ｃ−６Ｇとによって、スクリューロータ４のインボリュート曲線４Ｆ−４Ｇとスクリューロータ６のインボリュート曲線部６Ｆ−６Ｇとによって、スクリューロータ４の円弧４Ｃ−４Ｇとスクリューロータ６の円弧６Ｂ−６Ｆとによって、シールが行われる。

上記の実施の形態では、曲線部４Ｄ−４Ｅには、直線部６Ａ−６Ｅの端６Ａ、６Ｅのみで擬似面シールを構成したが、これらの間における１点または複数点も加えて擬似面シールを構成することもできる。また、上記の実施の形態では、曲線部４Ｂ−４Ｃ、６Ｂ−６Ｃ中にインボリュート曲線４Ｆ−４Ｇ、６Ｆ−６Ｇを含ませたが、他の曲線、例えばトロコイド曲線を含ませることもできる。

本発明の１実施形態のスクリューロータの軸直角断面図である。図１のスクリューロータのかみ合いを示す図及びその部分拡大図である。

符号の説明

２ポンプ室
４６スクリューロータ
４Ａ−４Ｂ、６Ａ−６Ｂ外周部
４Ｃ−４Ｄ６Ｃ−６Ｄ歯底部
４Ｂ−４Ｃ６Ｂ−６Ｃ複合曲線部（第２曲線部）
４Ｄ−４Ａ６Ｄ−６Ａ複合曲線部（第１曲線部）

Claims

互いに噛み合う方向に回転する２つのスクリューロータをケーシング内に収容し、これら２つのスクリューロータの前記回転に従って流体を前記ケーシングの一端より吸入し、他端より吐出する回転式流体機器用のスクリューロータであって、
前記各スクリューロータの歯形の軸直角断面形状が、円弧状の歯底部と、円弧状の外周部と、前記歯底部と前記外周部とを連結する第１及び第２の曲線部とを、含み、
第１曲線部は、相手側スクリューロータの前記外周部の端が創生するトロコイド曲線であり、第１曲線部の前記外周部側の端は、この端により創生されるトロコイド曲線が相手側スクリューロータの第１曲線部の前記外周部側の端と交わるように形成され、
第１曲線部の外周部側の端と前記外周部の端とを繋ぐ接続部が設けられ、
第２曲線部が、前記歯底部に繋がりピッチ円上に中心を有する円弧と、前記外周部に繋がり前記ピッチ円上に中心を有する円弧と、これら２つの円弧を繋ぐインボリュート曲線とからなるスクリューロータ。