JP6619987B2 - スクリューポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば真空ポンプとして使用される２軸型のスクリューポンプに関する。

容積移送型のドライ真空ポンプとして、例えば、２軸型のスクリューポンプが知られている。この種のスクリューポンプは、吸入口と吐出口とを有するハウジングと、ハウジングに収容された一対のスクリューロータとを備え、これら一対のスクリューロータを回転させることで吸入口から吐出口へ気体を移送するように構成される。

上記スクリューポンプにおいて、吸入口から吸入された気体は、ハウジングと各スクリューロータとの間に軸方向に沿って形成された作動空間に閉じ込められ、圧縮されながら、吐出口へ移送されることになる。２軸型のスクリューポンプは、各スクリューロータが２回転（７２０°）すると、吸入口側に最初の作動室を形成する。気体を積極的に圧縮するためには、一般的に、ピッチを徐々に小さくする、もしくは作動室の断面を徐々に小さくするといった方法がとられている。

ところが、ハウジングと一対のスクリューロータの構成だけでは、上記最初の作動室が吸入口から遮断されて空間を形成する前に最大容積に達し、吸入口から遮断された時にはその最大容積より小さくなってしまう場合がある。ポンプ性能を引き出すには、吸入口側の作動室の容積は大きいほど、排気容積を確保できるため、好ましいといえる。

そこで従来のスクリューポンプとしては、例えば、吸入側の作動室容積が増加状態から実質的に一定状態になったときに当該作動室を吸入口から遮断することが可能なハウジング構造を備えたもの（特許文献１参照）や、任意の回転角で吸入側の作動室を封止することが可能な封止体（環体）を各スクリューロータの端部に取り付けたもの（特許文献２参照）が知られている。

一方、ピッチや断面が一定でないスクリューロータのみでは、回転体として動バランスがとれないことが多い。この場合、各スクリューロータの端部にバランスウェイトを取り付けたり（特許文献２参照）、スクリュー部の一部を肉抜きしたり（特許文献３参照）、あるいは、各スクリューロータが相互に釣り合いをとれるように各スクリューロータの形状を最適化したり（特許文献４参照）することが知られている。

特開平６−２８８３６９号公報 特開２００９−１８５７７８号公報 特表２００１−５０３１１９号公報 特開２００８−１９６５０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、ハウジングの形状が複雑化するためポンプの設計及び製造コストが増加するという問題がある。また、特許文献２に記載の構成では、バランスウェイトに加えて作動室を封止する封止体を別途設ける必要があるため、部品点数が増加するとともに、上記封止体を配置するスペースが必要とるためハウジングの大型化を招くという問題がある。さらに、特許文献３，４に記載の構成では、各スクリューロータの構成の複雑化を招くとともに、高精度な加工精度が要求されるという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、部品点数の増加や構成の複雑化を招くことなく、スクリューロータの動バランスを確保しつつ、吸入側の作動室を任意の回転角で遮断することが可能なスクリューポンプを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るスクリューポンプは、第１のスクリューロータと、第２のスクリューロータと、ハウジングと、駆動機構と、第１のバランスウェイトと、第２のバランスウェイトとを具備する。
上記第１のスクリューロータは、螺旋状の第１の歯を有する。
上記第２のスクリューロータは、上記第１の歯と噛み合う螺旋状の第２の歯を有する。
上記ハウジングは、吸入口と、吐出口とを有し、上記第１のスクリューロータと上記第２のスクリューロータとを収容する。
上記駆動機構は、上記第１のスクリューロータと上記第２のスクリューロータとを相対回転させ、上記第１のスクリューロータと上記第２のスクリューロータと上記ハウジングとの間に形成された作動空間を上記吸入口側から上記吐出口側に向けて移送する。
上記第１のバランスウェイトは、上記第１のスクリューロータの上記吸入口側の端部に固定される。
上記第２のバランスウェイトは、上記作動空間のうち最も上記吸入口側に位置する第１の作動室を上記第２のスクリューロータの所定の回転角範囲にわたって上記吸入口から遮断する閉鎖体を有する。上記第２のバランスウェイトは、上記第２のスクリューロータの上記吸入口側の端部に固定される。

上記スクリューポンプにおいて、閉鎖体は、第２のバランスウェイトの一部として構成される。これにより、部品点数の増加や構成の複雑化を招くことなく、スクリューロータの動バランスを確保しつつ、第１の作動室を任意の回転角で遮断することが可能となる。

上記閉鎖体は、上記第１の作動室が最大容積に達する回転角範囲にわたって上記第１の作動室を上記吸入口から遮断するように構成されてもよい。
これにより、第１の作動室の容積を最大限に利用することが可能となるため、ポンプ性能の向上を図れることになる。

閉鎖体の形状は特に限定されず、例えば、上記第２の歯の吸入端を部分的に遮蔽する単一の凸部で構成される。
典型的には、上記第２のバランスウェイトは、上記閉鎖体を支持するバランスウェイト本体をさらに有し、上記凸部は、上記バランスウェイト本体の回転中心から上記第２の歯の外周部まで直線的に延びる帯板形状を有する。

上記第１のスクリューロータ及び上記第２のスクリューロータはそれぞれ、上記第１の作動室を形成する不等リード部と、上記第１の作動室よりも容積が小さい第２の作動室を形成する等リード部とを有する一条のネジで構成されてもよい。これにより、各作動室を任意の形状に容易に形成することが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、部品点数の増加や構成の複雑化を招くことなく、スクリューロータの動バランスを確保しつつ、第１の作動室を任意の回転角で遮断してポンプ性能の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るスクリューポンプの内部構造を概略的に示す横断面図である。 図１における［Ａ］−［Ａ］線断面図である。 一対のスクリューロータの断面構造を示す横断面図である。 作動室の容積の変化を示す模式図である。 図３における［Ｂ］−［Ｂ］線断面図である。 上記一対のスクリューロータを相対回転させたときの様子を６０°毎に示した正面図である。 スクリューロータの回転角と作動室の容積との関係を示している。 スクリューロータの吸入側端部から見たときのバランスウェイトの正面図である。 図３における［Ｃ］−［Ｃ］線断面図である。 上記スクリューポンプにおけるスクリューロータの回転角と作動室の容積との関係を示す図である。 上記バランスウェイトを回転させたときの様子を６０°毎に示した正面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［スクリューポンプの全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るスクリューポンプの内部構造を概略的に示す横断面図、図２は図１における［Ａ］−［Ａ］線断面図である。
なお図においてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する３軸方向を示しており、Ｘ軸方向は左右方向に、Ｙ軸方向は前後方向にそれぞれ対応する。

本実施形態のスクリューポンプ１は、図１に示すように、第１のスクリューロータ１１と、第２のスクリューロータ１２と、ハウジング２０と、駆動機構３０と、第１のバランスウェイト４１と、第２のバランスウェイト４２とを備える。

（スクリューロータ）
第１及び第２のスクリューロータ１１，１２は、それぞれＹ軸方向に平行な軸心を有し、Ｘ軸方向に相互に隣接してハウジング２０内に配置される。第１のスクリューロータ１１は、螺旋状の第１の歯１１ｓを有し、第２のスクリューロータ１２は、第１の歯１１ｓと噛み合う螺旋状の第２の歯１２ｓを有する。

第１の歯１１ｓ及び第２の歯１２ｓは、捩れ方向が互いに逆方向であるほかは、それぞれほぼ同一の形状を有する。第１の歯１１ｓは、第１のスクリューロータ１１の吸入側端部１１１と吐出側端部１１２との間に位置する軸部１１０の周囲に同一の径で巻回される。同様に、第２の歯１２ｓは、第２のスクリューロータ１２の吸入側端部１２１と吐出側端部１２２との間に位置する軸部１２０の周囲に同一の径で巻回される。

第１の歯１１ｓ及び第２の歯１２ｓは、一方の歯が他方の歯の間（溝）に位置するように僅かな隙間をあけて相互に噛み合っている。第１の歯１１ｓの外周面は、ロータハウジング部２１の内壁面及び第２のスクリューロータ１２の軸部１２０の外周面（歯１２ｓ間の溝の底部）に僅かな隙間をあけて対向し、第２の歯１２ｓの外周面は、ロータハウジング部２１の内壁面及び第１のスクリューロータ１１の軸部１１０の外周面（歯１２ｓ間の溝の底部）に僅かな隙間をあけて対向している。

本実施形態において、第１のスクリューロータ１１及び第２のスクリューロータ１２はいずれも、不等リード部Ｌ１及び等リード部Ｌ２の２つのリード部を有する一条のネジで構成される（図２参照）。

不等リード部Ｌ１は、歯１１ｓ，１２ｓの吸入端１３１，１３２から後方（吐出端１４１，１４２側）に向かって所定の距離にわたって形成される。不等リード部Ｌ１において、歯１１ｓ，１２ｓの吸入端１３１，１３２は互いに同一の平面（ＸＺ平面）上に属しており、歯１１ｓ，１２ｓのピッチあるいは断面積が後方に向かって徐々に小さくなるように形成される。一方、等リード部Ｌ２は、不等リード部Ｌ１の後端から歯１１ｓ，１２ｓの吐出端１４１，１４２にわたって形成される。等リード部Ｌ２においては、歯１１ｓ，１２ｓのピッチあるいは断面積が一定となるように形成される。

（ハウジング）
ハウジング２０は、金属材料で構成され、作動空間Ｓを形成するロータハウジング部２１と、吸入口２０１を有するフロントハウジング部２２と、吐出口２０２を有するリアハウジング部２３とにより構成される。

吸入口２０１には、図示しない真空チャンバの内部空間に接続される。また、吐出口２０２には大気又は図示しない補助ポンプや吐出気体を処理する装置に接続される。

ロータハウジング部２１は、第１の歯１１ｓ及び第２の歯１２ｓをそれぞれ収容する一対の円筒状内壁部を有する。当該一対の円筒状内壁部は、互いに結合して一つの空間部（作動空間Ｓ）を形成するとともに、第１の歯１１ｓ及び第２の歯１２ｓの外周面に僅かな隙間をあけて対向している。ロータハウジング部２１の前端面は、歯１１ｓ，１２ｓの吸入端１３１，１３２に整列しており、ロータハウジング部２１の後端面は、歯１１ｓ，１２ｓの吐出端１４１，１４２に整列している。

フロントハウジング部２２は、ロータハウジング部２１の前端面に気密に接続されており、図１に示すように、吸入口２０１と連通する吸入空間Ｒ１を区画する有底の浅皿形状を有する。フロントハウジング部２２の前端部を構成する底部には、第１及び第２のスクリューロータ１１，１２の吸入側端部１１１，１２１がそれぞれ挿通されており、ベアリング３３１，３３２を介して、これら吸入側端部１１１，１２１が回転可能に支持されている。フロントハウジング部２２の前端部にはカバー３６が気密に固定されており、これにより吸入空間Ｒ１の気密性が確保される。

リアハウジング部２３は、ロータハウジング部２１の後端面に気密に接続されており、図１に示すように、吐出口２０２と連通する吐出空間Ｒ２を区画する有底の浅皿形状を有する。リアハウジング部２３の後端部を構成する底部には、第１及び第２のスクリューロータ１１，１２の吐出側端部１１２，１２２がそれぞれ挿通されており、ベアリング３４１，３４２を介して、これら吐出側端部１１２，１２２が回転可能に支持されている。リアハウジング部２３の後端部にはモータケース３５が気密に固定されており、これにより吐出空間Ｒ２の気密性が確保される。

（駆動機構）
モータケース３５の内部には、モータ３１と、第１及び第２のタイミングギヤ３２１，３２２が配置されている。モータ３１、第１及び第２のタイミングギヤ３２１，３２２、更にはベアリング３３１，３３２，３４１，３４２等により、駆動機構３０が構成される。

モータ３１の駆動軸は、第１のスクリューロータ１１の吐出側端部１１２に連結されている。モータ３１は、例えばＤＣモータ等で構成され、第１のスクリューロータ１１をその軸まわりに所定の回転数で回転させる。

第１のタイミングギヤ３２１は、第１のスクリューロータ１１の吐出側端部１１２に取り付けられており、第２のタイミングギヤ３２２は、第２のスクリューロータ１２の吐出側端部１２２に取り付けられている。第１及び第２のタイミングギヤ３２１，３２２は相互に噛み合うようにＸ軸方向に整列して配置されており、第１のスクリューロータ１１の回転駆動力を第２のスクリューロータ１２へ伝達する。したがって、第１及び第２のスクリューロータ１１，１２は、モータ３１の駆動により、相互に逆方向に相対回転することになる。駆動機構３０は、第１のスクリューロータ１１と第２のスクリューロータ１２とロータハウジング部２１との間に形成された作動空間Ｓを、吸入口２０１側から吐出口２０２側に向けて移送するように構成される。

図３は、ロータハウジング部２１に収容されたスクリューロータ１１，１２の断面構造を示す横断面図である。なお図３において、フロントハウジング部２２及びリアハウジング部２３の図示は省略されている。

図３に示すように、作動空間Ｓは、第１のスクリューロータ１１（第１の歯１１ｓ）とロータハウジング部２１との間に形成された複数の作動室Ｓ１ａ〜Ｓ６ａと、第２のスクリューロータ１２（第２の歯１２ｓ）とロータハウジング部２１との間に形成された複数の作動室Ｓ１ｂ〜Ｓ６ｂとによって構成される。スクリューロータ１１，１２の不等リード部Ｌ１は、作動室Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ及びＳ２ｂを形成し、スクリューロータ１１，１２の等リード部Ｌ２は、作動室Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ４ａ，Ｓ４ｂ，Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ、Ｓ６ａ及びＳ６ｂを形成する。

作動室Ｓ１ａ及びＳ１ｂは、最も吸入口２０１側に位置する１段目の作動室Ｓ１（第１の作動室）を形成し、作動室Ｓ２ａ及びＳ２ｂは、２段目の作動室Ｓ２を形成する。同様に、作動室Ｓ３ａ及びＳ３ｂは３段目の作動室Ｓ３を形成し、作動室Ｓ４ａ及びＳ４ｂは４段目の作動室Ｓ４を形成し、作動室Ｓ５ａ及びＳ５ｂは５段目の作動室Ｓ５を形成し、作動室Ｓ６ａ及びＳ６ｂは６段目の作動室Ｓ６を形成する。後述するように、作動室Ｓ３〜Ｓ６はそれぞれ、１段目の作動室Ｓ１（第１の作動室）よりも小さな容積の作動室（第２の作動室）で形成される。

なお本例では、作動室Ｓ１が吸入口２０１（吸入空間Ｒ１）から遮断される前に、作動室Ｓ６は吐出口２０２（吐出空間Ｒ２）と連通するように構成される。

図４は、作動室Ｓ１〜Ｓ６の容積の変化を示す模式図である。各図において横軸は、スクリューロータ１１，１２の軸方向長さ（あるいは回転数）、縦軸は作動室Ｓ１〜Ｓ６の断面積をそれぞれ表し、ハッチングで示した複数の領域は作動室Ｓ１〜Ｓ６の容積に相当する。なお、図１及び図３は、作動室Ｓ１を基準に考えると、図４の横軸「１」の状態に相当する。

図３及び図４に示すように、各作動室Ｓ１〜Ｓ６は、スクリューロータ１１，１２が２回転すると（７２０°）作動室を形成する。また、形成された作動室の容積は、ピッチの減少に伴って、吸入口２０１側から吐出口２０２側に向かって漸次小さくなるように構成されている。このため、最も吸入口２０１側に位置する第１の作動室Ｓ１に導入された気体は、スクリューロータ１１，１２の回転に伴って圧縮されながら、吐出口２０２（吐出空間Ｒ２）へ導かれることになる。気体の圧縮率は、作動室間の容積比、作動室の段数等に応じて適宜設定される。

なお、本実施形態では、作動室Ｓ１〜Ｓ３は、その順で容積が小さくなるように形成され、作動室Ｓ３〜Ｓ６は、それぞれほぼ同一の容積で形成される。これに限られず、作動室Ｓ３〜Ｓ６についても、その順で容積が小さくなるように形成されてもよいし、作動室の断面積が小さくなるように形成されてもよい。作動室の段数も６段に限られず、それよりも少なくてもよいし多くてもよい。

図５は、図３における［Ｂ］−［Ｂ］線断面図であって、第１及び第２の歯１１ｓ，１２ｓの吸入端１３１，１３２側の正面形状を示している。

第１及び第２のスクリューロータ１１，１２の歯１１ｓ，１２ｓは、それぞれ（座標系的に）右手系及び左手系の関係を有している。モータ３１の駆動により、第１のスクリューロータ１１は反時計まわりに回転し、第２のスクリューロータ１２は時計まわりに回転する。図５において、点Ａ１〜Ｄ１及び点Ａ２〜Ｄ２は、歯１１ｓ，１２ｓの部位を特定する点を示す。

第１のスクリューロータ１１の歯１１ｓは、外周部Ａ１Ｂ１と歯底部Ｃ１Ｄ１とを接続する第１曲線部Ａ１Ｃ１及び第２曲線部Ｂ１Ｄ１を有する。第１曲線部Ａ１Ｃ１は、第２のスクリューロータ１２の歯１２ｓの外周部の点Ａ２により創成されるトロコイド曲線により規定される。第２曲線部Ｂ１Ｄ１は、インボリュート曲線を含む複数の曲線により規定され、所定の回転角範囲では第２のスクリューロータ１２の第２曲線部Ｂ２Ｄ２と隙間を介して向かい合う。

同様に、第２のスクリューロータ１２の歯１２ｓは、外周部Ａ２Ｂ２と歯底部Ｃ２Ｄ２とを接続する第１曲線部Ａ２Ｃ２及び第２曲線部Ｂ２Ｄ２を有する。第１曲線部Ａ２Ｃ２は、第１のスクリューロータ１１の歯１１ｓの外周部の点Ａ１により創成されるトロコイド曲線により規定される。第２曲線部Ｂ２Ｄ２は、インボリュート曲線を含む複数の曲線により規定され、所定の回転角範囲で第１のスクリューロータ１１の第２曲線部Ｂ１Ｄ１と接する。

第１及び第２のスクリューロータ１１，１２の歯１１ｓ，１２ｓが以上のように形成されることにより、ロータハウジング部２１の内壁と歯１１ｓ，１２ｓは、気体を吸入口２０１（吸入空間Ｒ１）側から吐出口２０２（吐出空間Ｒ２）側へ移送・圧縮する８の字状の密閉された空間を形成する。８の字状の空間は、歯１１ｓにより形成される作動室と歯１２ｓにより形成される作動室とを組み合わせた空間であり、最も吸入口２０１側に位置する作動室Ｓ１（第１の作動室）は、上述のように、作動室Ｓ１ａと作動室Ｓ１ｂとにより形成される。

図６は、スクリューロータ１１，１２を図５に示した状態から矢印方向へ相対回転させたときの様子を６０°毎に示した正面図である。図中ハッチングで示した領域は、吸入口２０１（吸入空間Ｒ１）に対する作動室Ｓ１（Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ）の開口領域を示している。なお説明の便宜上、ここでは状態Ａ１の回転角を−７２０°とする。

図６に示すように、スクリューロータ１１，１２が状態Ａ１から相対回転を開始すると、まず第１のスクリューロータの作動室Ｓ１ａが開口し（状態Ａ１〜Ａ２）、しばらくして第２のスクリューロータの作動室Ｓ１ｂが開口する（状態Ａ４〜Ａ５）。そして、作動室Ｓ１ａが遮断され（状態Ａ１０）、その後に作動室Ｓ１ｂが遮断される（状態Ａ１）。

ここで、スクリューポンプにおいては、吸入口側の作動室Ｓ１の容積が大きいほど、排気容積を確保できるため好ましいといえる。ところが、ロータハウジング２１と一対のスクリューロータ１１，１２の構成だけでは、作動室Ｓ１が吸入口２０１（吸入空間Ｒ１）から遮断される前に最大容積に達し（例えば状態Ａ１２〜Ａ１の間）、吸入口から遮断された時にはその最大容積より小さくなってしまう。
その様子を図７に示す。図７は、スクリューロータ１１，１２の回転角と作動室の容積の大きさとの関係を示している。図７において点Ｅは、図６における状態Ａ１に相当し、点Ｆは、作動室Ｓ１の最大容積の到達点に相当する。そして、回転角０°における点Ｇは、作動室Ｓ１の吸入口２０１からの遮断位置であって、スクリューロータ１１，１２が点Ｅから２回転した状態（図４の横軸「２」の状態）に相当する。
なお、図７の縦軸（作動室容積）の大きさは、図４の斜線部（ハッチングで示す領域）の面積に相当する。そして、図７に示される作動室の容積変化は、作動室の形成開始からその容積が一定になるまで（図４において横軸「０」から「４」の状態まで）の作動室の容積変化に相当する。

上述のように、作動室Ｓ１が吸入口Ｓ１から遮断される前に最大容積に達してしまう理由は、スクリューロータ１１，１２が不等リード部Ｌ１と等リード部Ｌ２とを有する一条ネジで構成されることに由来する。すなわち、上記構成の一条ネジは、各作動室を所望の形状に容易に形成することができるという利点を有する一方で、作動室（特に不等リード部における作動室Ｓ１，Ｓ２）の軸直断面積の時間変化が一定でないことにある（図４参照）。より具体的に、機器の大型化を避けるため、不等リード部Ｌ１から等リード部Ｌ２への変曲点（不等リード部Ｌ１が終了し等リード部Ｌ２が開始する回転角）は、典型的には、−７２０°から０°の範囲（例えば約−６０°）に設定される。その結果、作動室Ｓ１は、吸入口Ｓ１から遮断される前に最大容積に達してしまうことになる。
さらに、一条のネジで構成されるスクリューロータは、回転時に安定した動バランスが得られにくい傾向にある。

そこで本実施形態では、後述するバランスウェイト４１，４２をスクリューロータ１１，１２に取り付けることで、スクリューロータ１１，１２の動バランスを確保しつつ、吸入側の作動室Ｓ１を任意の回転角で遮断することを可能とした。以下、その詳細について説明する。

（バランスウェイト）
図１に示すように、第１及び第２のバランスウェイト４１，４２は、吸入空間Ｒ１に配置される。第１のバランスウェイト４１は、第１のスクリューロータ１１の吸入側端部１１１に固定され、歯１１ｓの吸入端１３１に対して僅かな隙間をあけて対向している。第２のバランスウェイト４２は、第２のスクリューロータ１２の吸入側端部１２１に固定され、歯１２ｓの吸入端１３２に対して僅かな隙間をあけて対向している。

図８は、スクリューロータ１１，１２の吸入側端部１１１，１２１から見たときのバランスウェイト４１，４２の正面図である。図９は、図３における［Ｃ］−［Ｃ］線断面図である。

バランスウェイト４１，４２は、回転中に相互に干渉しないように構成された適宜の形状の偏芯錘で構成される。バランスウェイト４１，４２はそれぞれ、スクリューロータ１１，１２の動的バランスを確保できる最適な形状、重さに形成される。本実施形態において第１及び第２のスクリューロータ１１，１２は、各々の歯１１ｓ，１２ｓの捩れ方向が互いに逆方向である点を除いてほぼ同様な構成を有しているため、第１及び第２のバランスウェイト４１，４２もまたそれぞれ同様な形態で構成されることが可能である。

特に、本実施形態において、第２のバランスウェイト４２は、バランスウェイト本体４２１と、閉鎖体４２２とを有する。バランスウェイト本体４２１は、主として、第２のスクリューロータ１２の動バランスの確保を目的として構成され、第１のバランスウェイト４１と同様な形状、大きさに形成される。

一方、閉鎖体４２２は、歯１２ｓの吸入端１３２に対向するバランスウェイト本体４２１の裏面に一体的に設けられている。本実施形態では、図３、図８及び図９に示すように、歯１２ｓの吸入端１３２を部分的に遮蔽する単一の凸部で構成される。当該凸部は、バランスウェイト本体４２１の回転中心から歯１２ｓの外周部まで直線的に延びる矩形の帯板形状を有する。そして、閉鎖体４２２の先端部は、歯１２ｓの外周面に沿うように円弧状に形成されている。

図３に示すように、第２のバランスウェイト４２は、第１のバランスウェイト４１よりも閉鎖体４２２の厚みの分だけ大きな厚み寸法を有する。閉鎖体４２２は、歯１２ｓの吸入端１３２に僅かな隙間をあけてバランスウェイト本体４２１の裏面に一体的に設けられている。

以上の構成により、第２のバランスウェイト４２は、第１の作動室Ｓ１を第２のスクリューロータ１２の所定の回転角範囲にわたって吸入口２０１（吸入空間Ｒ１）から遮断することが可能に構成される。

閉鎖体４２２が設けられる位置は、任意の回転角で作動室Ｓ１を遮断することが可能な任意の位置に設けられる。本実施形態では、図８及び図９に示すように、スクリューロータ１１，１２が図６の状態（Ａ）に示す回転角（−７２０°）において、歯１１ｓの第１曲線部Ａ１Ｃ１と歯１２ｓの第１曲線部Ａ２Ｃ２を同時に遮蔽することができる位置に設けられる。これにより、図１０に示すように、作動室Ｓ１が最大容積に達する回転角範囲にわたって作動室Ｓ１を吸入口２０１（吸入空間Ｒ１）から遮断することが可能となる。

図１１は、スクリューロータ１１，１２と共にバランスウェイト４１，４２を図９に示した状態から矢印方向へ相対回転させたときの様子を６０°毎に示した正面図である。図中ハッチングで示した領域は、吸入口２０１（吸入空間Ｒ１）に対する作動室Ｓ１（Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ）の開口領域を示している。なお説明の便宜上、ここでは状態Ｂ１の回転角を−７２０°とする。

図１１に示すように、スクリューロータ１１，１２が状態Ｂ１から相対回転を開始すると、まず第１のスクリューロータの作動室Ｓ１ａが開口し（状態Ｂ１〜Ｂ２）、しばらくして第２のスクリューロータの作動室Ｓ１ｂが開口する（状態Ｂ４〜Ｂ５）。そして、作動室Ｓ１ａが遮断され（状態Ｂ１０）、その後に作動室Ｓ１ｂが遮断される（状態Ｂ１２）。

本実施形態において、第２のバランスウェイト４２は、閉鎖体４２２を備えているため、作動室Ｓ１ｂが遮断されるタイミングは、図６に示したスクリューロータ１１，１２のみの場合と比較して６０°以上早い。つまり、スクリューロータ１１，１２が２回転する前に作動室Ｓ１が閉鎖体４２２によって吸入口２０１（吸入空間）から遮断されることになる。このため、図１０に示すように、作動室Ｓ１が最大容積に達する回転角と、作動室Ｓ１が吸入口２０１から遮断される回転角とが、それぞれ一致するように構成される。

［スクリューポンプの動作］
続いて、以上のように構成される本実施形態のスクリューポンプ１の動作について説明する。

モータ３１の駆動により、第１のスクリューロータ１１及び第２のスクリューロータ１２が相対回転し、これら一対のスクリューロータ１１，１２とロータハウジング部２１との間に形成された作動室Ｓ１〜Ｓ６を介して、気体が吸入口２０１（吸入空間Ｒ１）から吐出口２０２（吐出空間Ｒ２）へ移送される。

第１及び第２のバランスウェイト４１，４２は、それぞれ第１及び第２のスクリューロータ１１，１２と一体的に回転する。これにより、各スクリューロータ１１，１２の動バランスが確保され、各スクリューロータ１１，１２が安定に回転する。

一方、第２のバランスウェイト４２は閉鎖体４２２を有しているため、作動室Ｓ１が吸入口２０１（吸入空間Ｒ１）から遮断されるタイミングが、閉鎖体４２２がない場合よりも早められる。

すなわち閉鎖体４２２がない場合に作動室Ｓ１が吸入口２０１から遮断されるタイミングは、図５及び図６の状態Ａ１に示すように、歯１１ｓの点Ａ１が歯１２ｓの点Ｃ２に最近接する（同時に、歯１２ｓの点Ａ２が歯１１ｓの点Ｃ１に最近接する）回転角（−７２０°又は０°）である。
これに対して、閉鎖体４２２がある場合に作動室Ｓ１が吸入口２０１から遮断されるタイミングは、図１１の状態Ｂ１２に示すように、閉鎖体４２２が歯１１ｓの吸入端１３１を遮蔽する回転角（−６０°）である。
したがって、作動室Ｓ１は、本実施形態によれば、閉鎖体４２２がない場合と比較して、約６０°早く、吸入口２０１から遮断されることになる。

このように本実施形態によれば、作動室Ｓ１が吸入口２０１から遮断されるタイミングを任意に設定することができるため、図１０に示したように、作動室Ｓ１が最大容積に達した時点で作動室Ｓ１を吸入口２０１から遮断することが可能となる。これにより、作動室Ｓ１の容積を最大限に利用することが可能となるため、ポンプ性能の向上を図れることになる。

また本実施形態によれば、閉鎖体４２２が第２のバランスウェイト４２と一体的に設けられているため、ロータハウジング部２１の形状を工夫したり、専用の部品を必要としたりすることがなくなる。これにより、部品点数の増加や構成の複雑化を招くことなく、ポンプ性能の向上を実現することが可能となる。

さらに本実施形態によれば、閉鎖体４２２がバランスウェイト本体４２１の裏面から歯１２ｓに向かって突出するように設けられた凸部で構成されているため、閉鎖体４２２をバランスウェイト本体４２１の任意の位置に所望の形状で容易に形成することができる。

さらに本実施形態によれば、スクリューロータの動バランスを確保するためのバランスウェイトに閉鎖体を設けているため、スクリューロータやハウジングに余計な加工コストを必要とすることなく、動バランス及びポンプ性能に優れたスクリューポンプを容易に実現することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、第２のバランスウェイト４２に閉鎖体４２２が設けられたが勿論これに限られず、スクリューロータの仕様や構造に応じては、第１のバランスウェイト４１に閉鎖体が設けられてもよい。

また以上の実施形態では、一条ネジで構成されたスクリューロータを備えたスクリューポンプを例に挙げて説明したが、これに限られず、スクリューロータは、多条ネジで構成されてもよい。

さらに図示せずとも、スクリューロータ１１，１２の動バランスを容易に調整可能にするために、スクリューロータ１１，１２の吐出側の軸端部に補助のバランスウエイトを追加してもよい。同様の効果を得るために、スクリューロータ１１，１２の側面に穴加工をして動バランスを調整することも可能である。

１…スクリューポンプ
１１…第１のスクリューロータ
１１ｓ…第１の歯
１２…第２のスクリューロータ
１２ｓ…第２の歯
２０…ハウジング
２１…ロータハウジング部
３０…駆動部
４１…第１のバランスウェイト
４２…第２のバランスウェイト
２０１…吸入口
２０２…吐出口
４２１…バランスウェイト本体
４２２…閉鎖体
Ｓ…作動空間
Ｓ１〜Ｓ６…作動室

Claims (3)

1. 螺旋状の第１の歯を有する第１のスクリューロータと、
   前記第１の歯と噛み合う螺旋状の第２の歯を有する第２のスクリューロータと、
   吸入口と、吐出口とを有し、前記第１のスクリューロータと前記第２のスクリューロータとを収容するハウジングと、
   前記第１のスクリューロータと前記第２のスクリューロータとを相対回転させ、前記第１のスクリューロータと前記第２のスクリューロータと前記ハウジングとの間に形成された作動空間を前記吸入口側から前記吐出口側に向けて移送する駆動機構と、
   前記第１のスクリューロータの前記吸入口側の端部に固定された第１のバランスウェイトと、
   前記作動空間のうち最も前記吸入口側に位置する第１の作動室を前記第２のスクリューロータの所定の回転角範囲にわたって前記吸入口から遮断する閉鎖体を有し、前記第２のスクリューロータの前記吸入口側の端部に固定された第２のバランスウェイトと
   を具備し、
   前記閉鎖体は、前記第２の歯の吸入端を部分的に遮蔽する単一の凸部で構成され、
   前記第２のバランスウェイトは、前記閉鎖体を支持するバランスウェイト本体をさらに有し、
   前記凸部は、前記バランスウェイト本体の回転中心から前記第２の歯の外周部まで直線的に延びる帯板形状を有するスクリューポンプ。
2. 請求項１に記載のスクリューポンプであって、
   前記閉鎖体は、前記第１の作動室が最大容積に達する回転角範囲にわたって前記第１の作動室を前記吸入口から遮断する
   スクリューポンプ。
3. 請求項１または２に記載のスクリューポンプであって、
   前記第１のスクリューロータ及び前記第２のスクリューロータはそれぞれ、前記第１の作動室を形成する不等リード部と、前記第１の作動室よりも容積が小さい第２の作動室を形成する等リード部とを有する一条のネジで構成される
   スクリューポンプ。

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