JPH0932766A - スクリュ−流体機械及びねじ歯車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、真空ポンプや圧縮ポンプ等とし用
いた場合に局部的な異常温度上昇のないスクリュ−流体
機械を提供せんとするものである。また、そのようなス
クリュー流体機械の当該スクリュー等に適したねじ歯車
を提供せんとする。 【解決手段】本発明にかかるスクリュー流体機械は、互
に噛み合う雄ロ−タ及び雌ロ−タと、両ロ−タを収納す
るケ−シングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成
される流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に
連通しうるようケーシングに設けられた流体の流入口お
よび流出口とを備えたスクリュー流体機械において、前
記雄雌ロ−タを構成するねじ歯車のねじれ角が、当該ね
じれの進行に伴って連続的に変化している。また本発明
にかかるねじ歯車は、ねじ歯車のピッチ円筒径上での歯
すじ転がり曲線の展開図においてねじれ進行方向に対す
るピッチ円筒の転がり周長が実質的に単調増加関数で表
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスクリュー流体機
械、つまりスクリュー式の真空ポンプ、圧縮ポンプ、モ
ータ等に係り、特に大気圧から１０^-4Ｔｏｒｒレベルの
低・中真空領域に好適なスクリュー真空ポンプに関する
ものである。また、本発明はそれらスクリューポンプ等
に適したねじ歯車自体にも関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、低・中真空領域では油回転ポ
ンプ、ル−ツポンプ、拡散ポンプなど種々形式の真空ポ
ンプが用いられてきた。例えば、半導体の製造分野で
は、真空状態にした容器内にウエハを収納して所定の処
理が行われるが、この処理では、容器内にＮ₂ ガス等の
不活性ガスを供給しつつ真空ポンプで吸引し、容器内の
不純物（Ｏ₂ 、ＣＯ₂ 等）を除去し、数Ｔｏｒｒから１
０^ー4Ｔｏｒｒレベルの真空状態としている。このような
半導体製造工程において使用される真空ポンプとして
は、油回転ポンプ、ルーツ式のメカニカルブースタポン
プ等が用いられている。

【０００３】しかし、油回転ポンプでは、使用している
潤滑用油が半導体製造過程で用いる各種ガス（例えば、
ヒ素、ガリウム、塩素、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、フッ素等）と
接触して、潤滑油としての寿命を短くするという問題が
あり、また油分子が半導体製造容器内を汚染して半導体
製造工程上好ましくないという問題があった。

【０００４】また、上記ポンプでは、正常動作する圧力
範囲が狭いため、所定圧力に到達するまでに数種のポン
プを切換えて使用しなければならず、大気圧から１０^-4
Ｔｏｒｒレベルまで一台の真空ポンプで排気することが
できないという問題があった。

【０００５】これら問題を解決するものとして、特開昭
６０−２１６０８９号公報に示されるオイルフリ−スク
リュ−真空ポンプが既に提案されている。前記公報に示
されたスクリュ−真空ポンプは無潤滑式で、上記圧力範
囲を一台でカバーできるスクリュ−真空ポンプである。

【０００６】このスクリュ−式真空ポンプの概略を図
１、２に基づいて説明する。図に示すように、雄ロータ
１０と雌ロータ１１は主ケーシング１２と吸入ケーシン
グ１３内の軸受１４、１５、１６、１７により回転自在
に支えられている。前記雄ロータ１０と雌ロータ１１は
ねじ歯車からなり、この歯車は歯すじねじれ角は常に一
定の角度であって、回転軸方向ピッチ及び軸直角面ピッ
チも一定であって、前記ロータ１０、１１の回転角の変
化に伴って変化はするものではない。

【０００７】また、ロータの吸入側１０ａは１０^-4Ｔｏ
ｒｒレベルの低圧であり吐出側１０ｂは大気圧になるた
め、ロータに作用するラジアル荷重は吸入側の方がはる
かに小さい。そのため、吸入側の軸受１４、１５には深
みぞ玉受軸を用いてラジアル荷重とスラスト荷重を支
え、吐出側の軸受１６、１７には円筒ころ軸受を用いて
ラジアル荷重のみを支えている。前記ロータの軸端には
タイミングギヤ１８、１９が取り付けられ、雄、雌ロー
タ１０、１１が互いに接触しないよう両ロータ間の隙間
が調整される。また軸受け１４、１５の潤滑は飛沫給油
により行い、吸入カバ−２０内に溜った潤滑油２１をタ
イミングギヤによって跳ねかけるようになされている。

【０００８】一方軸受１６、１７の潤滑のため雄ロータ
軸には円盤２２が取り付けられ、吐出カバ−２３内の潤
滑油２４を円板２２により跳ねかけるようになされてい
る。また、シャフトシール２５、２６、２７、２８は軸
受やタイミングギヤの潤滑油が作動室内へ侵入するのを
防いでいる。

【０００９】ロータの吐出側作動室１０ｂと吐出カバ−
２３内はほぼ大気圧になるので吐出側のシャフトシール
２７、２８に作用する差圧は比較的小さいが、吸入側作
動室１０ａは１０^-4Ｔｏｒｒレベルの圧力となるため吸
入カバ−２０内を大気に開放すると吸入側シャフトシー
ル２５、２６に作用する差圧が大きくなりシールが難し
くなる。そのため、吸入カバ−２０内を排圧管２９、３
０によって低圧の作動室１０ｃと連通させ、吸入カバ−
２０内の圧力を下げてシャフトシール２５、２６に作用
する差圧を小さくしてシール効果を高めている。

【００１０】前記吸入カバ−２０内は油の飛沫が充満し
ているので、この油の排圧管２９、３０を通って作動室
へ入るのを防ぐため、吸入カバ−には飛沫分離室３１が
設けられ、また排圧管にはオイルトラップ３２が取り付
けられている。また万一排圧管を通って油が作動室へ入
った場合でも、この油が吸入ポート３３側へ逆流しない
ようにするため、主ケーシング１２の排圧口３４はロー
タの作動室１０ｃが吸入口３３から完全に閉じられた後
の位置に開口されている。

【００１１】雄ロータ１０の作動室１０ｃは、この作動
室が吸入口３３を通過後吐出口３５と連通するまでの間
に雌ロータ１１と２ケ所の噛み合い部３６、３７を有
し、同様に雌ロータの作動室１１ｃは雄ロータと２ケ所
の噛み合い部３８、３７を有する。ロータの回転に伴い
気体は吸入口３３からロータ歯溝とケーシングによって
形成される作動室に吸い込まれ、吐出口３５から吐出さ
れる。作動室１０ｃ、１１ｃはロータの回転に伴い容積
一定のまま気体を移送するが、さらにロータが回転した
位置にある作動室３９、４０はロータの回転に伴いその
容積を減少させ気体を圧縮する。

【００１２】更に、雄ロータ１０と雌ロータ１１が噛み
合っている状態をロータの周方向に展開した模式図であ
る図３に基づいて説明する。図に示すように、ロータを
覆うケーシング１２はその軸方向の一端が気体の吸入口
３３として大きく開口しており、反対側には吐出口３５
が設けられている。この両口以外ではケーシング１２は
微少な隙間をもってロータ１０、１１を覆い、ロータと
ケーシングによりＶ字形の作動室が形成されている。

【００１３】ロータが回転すると両ロータの噛み合い部
は吸入口３３から吐出口３５へ向かって移動するが、こ
の際作動室４１はその容積を減少させ作動室内の気体を
圧縮する。一方、作動室４２は容積一定であるので気体
の圧縮作用はなく、移送作用をなす。

【００１４】即ち、前記雄ロータ１０と雌ロータ１１
は、歯すじねじれ角は常に一定の角度であって、回転軸
方向ピッチ及び軸直角面ピッチも一定のねじ歯車で構成
されるため、ロータとケーシングにより形成されるＶ字
形の作動室４２の容積は一定である。しかし、ロータが
回転し、両ロータの噛み合い部は吸入口３３から吐出口
３５へ向かって移動すると、ケーシング１２の端板１２
ａによって作動室４１の容積は減少する。したがって、
作動室４１は容積を減少させ作動室内の気体を圧縮移送
するように作用し、一方作動室４２は容積が一定である
ので気体の圧縮作用はなく、単に移送をなすように作用
する。

【００１５】尚、図中、作動室４３は吐出口３５を通し
て気体の吐出中であり、また吸入口３３と連通している
各作動室は、ロータの回転とともにその容積を増大させ
気体の吸入作用をなしている。また、上述したようなス
クリュー流体機構は、圧縮ポンプとしても利用されてお
り、更に、モータとしても利用できるものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上、詳述したように
真空ポンプとして利用される従来のスクリュ−流体機械
は、作動室の容積を減少させ流体を圧縮する作動室と、
作動室の容積を一定とし、流体に圧縮作用を及ぼすこと
なく、単に移送作用をなす作動室とを有している。

【００１７】そのため、従来のスクリュ−真空ポンプで
は局部的（圧縮作用がなされる部分）な圧力上昇に起因
して、真空ポンプのローター及びケ−シングの一部が異
常に温度上昇する。即ち、図８の点線に示すように、作
動室の容積を減少させ気体を圧縮する作動室が位置する
吐出側の温度が異常に高くなるという傾向にあった。そ
の結果、局部的温度上昇によって、スクリュ−真空ポン
プを構成する部材の熱膨張が不均一となり、ケーシング
とローター、雄ローターと、雌ローターのかみ合い間の
寸法精度等を良好なものにすることができない等の技術
的課題があった。

【００１８】本発明の第１の目的はこのような課題を解
決するためになされたものであり、真空ポンプや圧縮ポ
ンプ等とし用いた場合に局部的な異常温度上昇のないス
クリュ−流体機械を提供せんとするものである。また、
そのようなスクリュー流体機械の当該スクリュー等に適
したねじ歯車を提供せんとするものである。

【００１９】また、上述した従来のスクリュ−真空ポン
プの排気速度の特性を示すと、図１３の点線に示すよう
になる。この図から明らかなように、この従来のスクリ
ュ−真空ポンプは１０^-4Torrのレベルの到達圧力を得る
ことができるが、１０^-2Torrから高真空側で排気速度が
減少する。したがって、この従来のスクリュ−真空ポン
プを用いて１０^-4Torrの到達圧力を得るためには、かな
りの時間を要するという技術的問題があり、この時間を
短縮する必要があった。

【００２０】本発明の第２の目的は上記課題を解決する
ためになされたものであり、例えば真空ポンプとして用
いた場合に大気圧（７６０Torr）から１０^{- 4} Torrの作
動範囲において、安定した排気速度を得ることができる
スクリュ−流体機械を提供せんとするものである。

【００２１】また、真空ポンプとして用いられている従
来のスクリュ−流体機械は、１つのモ−タによりまず雄
ロ−タを回転駆動し、タイミングギヤを介して雌ロータ
を回転させている。したがって、雌ロータを回転させる
ための負荷がタイミングギャに加わることとなる。その
結果、ロ−タを高速回転させた場合等において、タイミ
ングギヤの噛み合いによる騒音が発生し、労働環境を悪
化させるという技術的課題があった。

【００２２】本発明の第３の目的はこのような課題を解
決するためになされたものであり、高速回転させても騒
音の小さなスクリュ−流体機械を提供せんとするもので
ある。

【００２３】また、別の従来のスクリュ−真空ポンプに
あっては、吸入圧力が大気圧近傍の状態での運転に際
し、作動室の過剰な圧力上昇を防いで真空ポンプの温度
の異常上昇を防ぐ等のため、図４に示すように、圧力調
整装置２７がケ−シング１２の下面に、しかもロ−タの
軸方向に設けている。この圧力調整装置２７は、図５に
示すようにケーシング１２の下部に形成された排出口５
２と、前記排出口５２を開閉する弁棒５３と、前記弁棒
５３の自重を支えるばね５４と、前記弁棒５３とばね５
４とを収納する弁ボックス５５と、前記弁ボックス５５
に形成される排出口５２から吐出した気体を外部に放出
する大気開放口５６とから構成されている。なお、弁棒
５３にはＯリング５７が取り付けられている。しかし、
そのような位置に設けられた圧力調整装置５０は、図５
に示すように作動室５１ａと隣の作動室５１ｂとが排出
口５２を介して連通することがある。図中矢印は、この
時の気体の流れを示したものである。すなわち、ロ−タ
の歯先５８は十分な幅を有さないため、排出口５２は作
動室５１ａと隣の作動室５１ｂとに跨がる状態が生ず
る。その結果、圧力の高い作動室５１ａから圧力の低い
作動室５１ｂに気体が洩れ、吸気側が所定真空度になる
までに余分な時間を要するという問題があった。

【００２４】本発明の第４の目的はこのような技術的課
題を解決するためになされたものであり、必要以上の圧
縮による軸トルクの増大を防ぐとともに、異常な温度上
昇を防止し、さらには、吸気側の圧力を短時間で所定真
空度とするようになしたスクリュー真空ポンプを提供せ
んとするものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために本発明にかかるスクリュ−流体機械は、互に噛
み合う雄ロ−タ及び雌ロ−タと、両ロ−タを収納するケ
−シングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成され
る流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に連通
しうるようケーシングに設けられた流体の流入口および
流出口とを備えたスクリュー流体機械において、前記雄
雌ロ−タを構成するねじ歯車のねじれ角が、当該ねじれ
の進行に伴って連続的に変化するように構成したことを
基本的構成としている。

【００２６】このように構成された流体機械を真空ポン
プ又は圧縮ポンプとして使用する場合においては、前記
雄ロータと雌ロータの歯すじねじれ角がねじれの進行に
伴って変化しているため、ロータとケーシングにより形
成されるＶ字形の作動室の容積は、流入口から流出口に
進行するにつれて連続的に減少する。したがって、前記
雄雌ロ−タとケ−シングとにより形成される作動室は、
吸入、連続圧縮移送、吐出作用を有し、作動室の容積を
一定とした単なる移送作用を有さないため、局部的な圧
力上昇による異常な温度上昇を防止することができる。
また、このようなスクリュー流体機械の当該ねじ歯車と
しては、ねじ歯車のピッチ円筒径上での歯すじ転がり曲
線の展開図においてねじれ進行方向に対するピッチ円筒
の転がり周長が実質的に単調増加関数で表されることを
特徴とする本発明にかかるねじ歯車を用いることがで
き、その結果、回転軸直角シール性が高くなり流体作動
室の気密性を良好とすることができる。また、このよう
な本発明にかかるねじ歯車は、通常の伝動歯車として使
用できることはもちろんのこと、回転に伴いねじれ角が
時間的に変わるため、軸方向の時間的変動を伴う負荷を
効果的に処理することができる。

【００２７】また、上記第２の目的を達成するため、本
発明にかかるスクリュー流体機械は、互に噛み合う雄ロ
−タ及び雌ロ−タと、両ロ−タを収納するケ−シング
と、雄雌ロータとケーシングとにより形成される流体作
動室と、該作動室の一端部および他端部に連通しうるよ
うケーシングに設けられた流体の流入口および流出口と
を備えたスクリュー流体機械において、前記雄雌ロ−タ
にはねじ歯車部及びその各ねじ歯車部の少なくともいず
れか一端部にル−ツ部が形成されていることを特徴とす
る。上記のように構成されたスクリュー流体機械は、例
えば真空ポンプとして用いた場合には、雄雌ロータの回
転によりスクリュー部によるポンプ作用に加え、スクリ
ュー部の少なくとも一端側に設けられるルーツ部によっ
てもポンプ作用が行われるため、１０^-2Torrから１０^-4
Torrの範囲で排気速度が減少することなく、大気圧（７
６０Torr）から１０^{- 4} Torrの作動範囲において、安定
した排気速度を得ることができる。また、圧縮機として
使用した場合には、高い吐出圧力を得ることができる。

【００２８】また、上記第３の目的を達成するため、本
発明にかかるスクリュー流体機械は、互に噛み合う雄ね
じロ−タ及び雌ねじロ−タと、両ロ−タを収納するケ−
シングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成される
流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に連通し
うるようケ−シングに設けられた流体の流入口および流
出口とを備えたスクリュ−流体機械において、前記雄ロ
−タ及び雌ロ−タを駆動するためにそれぞれのロ−タに
設けられたモ−タと、前記夫々のモ−タに駆動用交流信
号あるいは駆動用パルス信号を送出するインバ−タと、
前記インバ−タを周波数制御するコントロ−ル信号を送
出するコントロ−ラとを備え、前記雄ロ−タと雌ロ−タ
の回転数を制御することを特徴としている。

【００２９】上記のように構成されたスクリュー流体機
械は、コントロ−ラから所定回転数に応じたコントロ−
ル信号、即ち、インバ−タの周波数を制御するコントロ
−ル信号がインバ−タに送出されると、前記コントロ−
ル信号に応じて前記インバ−タからは所定の周波数（基
準周波数）を有する駆動用交流信号あるいは駆動用パル
ス信号が送出され、前記駆動用交流信号あるいは駆動用
パルス信号に応じてモ−タＭ₁ 、Ｍ₂ は所定回転数で駆
動される。したがって、モ−タＭ₁ 、Ｍ₂ により雄雌ロ
ータが同期して回転駆動されているため、雄雌ロ−タを
高速回転してもモ−タの回転数変動が小さく、タイミン
グギャに加わる負荷は小さいため、タイミングギャの噛
み合いによる騒音を抑えることができる。

【００３０】また、上記第４の目的を達成するため、本
発明にかかるスクリュー流体機械は、互に噛み合う雄ね
じロ−タ及び雌ねじロ−タと、両ロ−タを収納するケ−
シングとにより作動室を形成し、前記作動室に閉じ込め
られた吸入気体を前記ロ−タの回転に伴って、吐出口か
ら圧出するとともに、作動室内圧力が大気圧より上昇し
ないように、圧力を制限する圧力調整装置を設けたスク
リュ−流体機械において、前記圧力調整装置は、前記ケ
−シングの一部を構成するスクリュー端面プレ−トに形
成された排出口と、前記排出口の外側に設けられ前記作
動室内圧力が大気圧近傍を超えたときに開放される排出
弁と、前記排出口を開閉するロ−タの歯端面とを含み、
前記ロ−タの回転にしたがってロ−タの歯端面が前記排
出口に位置する状態で、ロ−タの歯端面が前記排出口の
内側を閉塞するように構成されている。

【００３１】上記のように構成されたスクリュー流体機
械は、吸入気体の圧力が低く、作動室の圧力が大気圧近
傍より低い場合には、圧力調整装置の排出弁は排出口の
外側を塞いでいる。この時、排出口の内側はロ−タを構
成するねじ歯車の歯端面で閉塞するように構成されてい
るため、ロ−タが回転しても作動室が隣接する作動室と
連通することはなく、圧力の高い作動室から圧力の低い
作動室に気体が洩れて吸気側が所定真空度になるまで余
分な時間を要することもない。また吸入気体の圧力が高
く、作動室の圧力が大気圧近傍より高い場合には、圧力
調整装置の排出弁が解放され、作動室内の気体は排出口
より外部へと放出される。そして、吸入圧力が低下し、
作動室が吐出口に連通する直前において当該作動室内圧
力が大気圧に達することがなくなると、圧力調整装置の
排出口はすべて塞がれ、作動室内の気体は前記圧力調整
装置から外部に吐出されることなく、吐出口より圧出さ
れる。

【００３２】

【発明の実施の形態】先ず、本発明にかかるスクリュー
流体機械においてスクリューに連続的に変化するねじれ
角を持たせる場合における真空ポンプとしての一実施例
を本発明にかかるねじ歯車（スクリュー）の実施例の説
明も兼ねて図６乃至図７に基づいて説明する。本発明者
らは、吸引した気体に圧縮作用を及ぼすことなく、単に
移送作用をなす容積一定の作動室を廃し、すべての作動
室の容積を連続的に減少させ、気体を圧縮する作動室と
することに着目した。そして、作動室の容積を連続的に
減少させるために、スクリュー真空ポンプの雄ロータと
雌ロータを構成する歯車の歯すじねじれ角をロータの回
転角にしたがって変化させ、ロータとケーシングにより
形成されるＶ字形の作動室容積を変化させようとしたも
のである。したがって、ここでの重要点は雄ロータと雌
ロータを構成するねじ歯車の形状にあるため、以下に説
明する一実施例ではスクリュー真空ポンプのねじ歯車の
形状について説明することとし、スクリュ−真空ポンプ
の他の構造は従来と同様でもあり説明を省略する。

【００３３】本実施例にかかるスクリュ一真空ポンプに
用いられるねじ歯車を図６及び図７に基づいて説明す
る。ここで、図６はねじ歯車の平面図であり、図７は横
軸にピッチ円筒上の雄雌歯車の転がり周長ｘ_M 及びｘ_F
を、縦軸に回転軸方向の進行量ｙをとり、このｘ_M−ｙ
面に雄歯車、ｘ_F −ｙ面上に雌歯車の歯すじ転がり曲線
の展開図を示す。尚、この図の左側半分は雌歯車につい
てのものでｘはｘ_F を表し、右側半分はは雄歯車につい
てのものでｘはｘ_M を表す。ｘの符号は、正の方向に歯
車の歯すじをたどった時に歯すじが吸入側から吐出側に
移動するものとする。即ち、雄歯車では右方向に正の向
き、雌歯車では、左方向に正の向きとする。雄歯車は雄
ロータに用いられる歯車であり、雌歯車は雌ロータに用
いられる歯車である。図７ではロータの吸入口の位置ｙ
＝０とし、吐出口の位置をｙ＝Ｌとする。又雄雌ロータ
は、吸引口（ｙ＝０）でピッチ円筒上の雄雌の歯すじが
一致しているものとし、その点をｘ_M ＝ｘ_F ＝０とす
る。またここで歯すじ転がり曲線とは、一般的にはつる
巻線とも呼ばれているものである。

【００３４】又、図７のｘ，ｙの有効な範囲について
は、制限はない。即ち、ｘについては、 ｘ_M ≧０、ｘ_F ≧０ が有効な範囲であり、ｙについては、ロータの長さＬで
決まり、ｙの範囲は ０≦ｙ≦Ｌ で与えられる。

【００３５】吸入口（ｙ＝０）において、ピッチ円筒上
で雄雌ロータが接触一致している点（すなわちｘ_M ＝０
及びｘ_F ＝０）から伸びている雄雌ロータの歯すじ転が
り曲線の展開図は、図７において原点から発し、共にｘ
の増加に伴ってｙも増加する。即ち、雄ロータについて
は、ｙはｘ_M の単調増加関数であり、雌ロータについて
は、ｙはｘ_F の単調増加関数である。このことは、ｘと
ｙを交換してｙを独立変数とみなし、ｘがｙの関数であ
ると考えても変わらない。即ち、雄ロータについては ｘ_M ＝Ｆ_M （ｙ） …（１） はｙの単調増加関数であり、雌ロータについては ｘ_F ＝Ｆ_F （ｙ） …（２） はｙの単調増加関数である。また、共に原点を通るの
で、 Ｆ_M （０）＝Ｆ_F （０）＝０ …（３） である。

【００３６】ここで、β_Mg、β_Fg、θ_M 、θ_F によって β_Mg；ピッチ円筒上での雄ロータのねじれ角 β_Fg；ピッチ円筒上での雌ロータのねじれ角 θ_M ；雄ロータ回転角 θ_F ；雌ロータ回転角 を表すことにする。ねじれ角β_Mg、β_Fgは図７に示す角
度である。又、回転角θ_M 、θ_F は雄雌のピッチ円筒の
半径をＲ_M 、Ｒ_F とすれば、 θ_M ＝ｘ_M ／Ｒ_M …（４） θ_F ＝ｘ_F ／Ｒ_F …（５） で表される。

【００３７】（１）、（２）式を用いれば、雄雌ロータ
のねじれ角β_Mg、β_Fgは ｔａｎβ_Mg＝ｄｘ_M ／ｄｙ＝ｄＦ_M ／ｄｙ …（６） ｔａｎβ_Fg＝ｄｘ_F ／ｄｙ＝ｄＦ_F ／ｄｙ …（７） で与えられる。

【００３８】雄雌ねじロ−タのねじの噛み合いにより画
成される各流体作動室が、それらロ−タの回転に伴い、
容積を連続的に減少しつつ真空ポンプ吐出方向に移動す
るよう、ロータねじれ角を連続的に増加させる。このこ
とは、（６）、（７）式からｄＦ_M ／ｄｙ、ｄＦ_F ／ｄ
ｙを連続的に増加させることと、等価である。即ち、
（１）、（２）式で与えられるＦ_M （ｙ）、Ｆ_F （ｙ）
は、共に原点を通り、ｙに関して単調増加関数であり、
かつそれらの微分係数も単調増加関数である。即ち、関
数Ｆ_M （ｙ）、Ｆ_F （ｙ）は、ｙの変域０≦ｙ≦Ｌにお
いて、 Ｆ_M （０）＝０、Ｆ_F （０）＝０ …（８） ｄＦ_M （ｙ）／ｄｙ＞０、ｄＦ_F （ｙ）／ｄｙ＞０ …（９） ｄ² Ｆ_M （ｙ）／ｄｙ² ＞０、ｄ² Ｆ_F （ｙ）／ｄｙ² ＞０ …（１０） を満足しなければならない。即ち（８）、（９）、（１
０）式を満足する任意の関数 ｘ_M ＝Ｆ_M （ｙ）、ｘ_F ＝Ｆ_F （ｙ） は、雄雌のロータ歯すじ転がり曲線の展開図として採用
することができる。

【００３９】雄雌ロータの噛み合いの条件として、ピッ
チ円筒上における雄歯ねじれ角と雌歯ねじれ角は大きさ
等しく、逆向きでなければならない。しかし、これまで
の解析では、ピッチ円筒上での雄雌ロータの転がり周長
ｘ_M 、ｘ_F の正の方向は互いに逆向きであるから、雄雌
ロータの噛み合いの条件は全てのｙの値で、 β_Mg＝β_Fg …（１１） を満たさなければならない。この条件から、 ｔａｎβ_Mg＝ｔａｎβ_Fg …（１２） 即ち、（６）、（７）式から、変域内の全てのｙの値で ｄｘ_M ／ｄｙ＝ｄｘ_F ／ｄｙ …（１３） の条件が得られる。

【００４０】（１２）、（１３）式から、ｘ_M ＝Ｆ_M
（ｙ）とｘ_F ＝Ｆ_F （ｙ）の関数は、全く同一のもので
あることが結論される。即ち、図７において示されてい
る曲線は、ｙ軸に対して左右対称であることが結論され
る。即ち、ねじれ角変化型ロータの設計に当たっては、 Ｆ（０）＝０、ｄＦ／ｄｙ＞０、ｄ² Ｆ／ｄｙ² ＞０ …（１４） を満たす任意の関数、Ｆ（ｙ）を選択し、これによって ｘ_M ＝Ｆ_M （ｙ）、ｘ_F ＝Ｆ_F （ｙ） …（１５） とする。

【００４１】ピッチ円筒上の軸直角面ピッチＴは等し
く、雄歯車の歯数をＮ_M 、雌歯車の歯数をＮ_F とすれ
ば、 Ｔ＝２πＲ_M ／Ｎ_M ＝２πＲ_F ／Ｎ_F …（１６） で与えられるが、他の歯型に対応するロータの歯すじ転
がり曲線の展開図は、ｘ＝Ｆ（ｙ）をｘ軸方向にｍＴだ
け並行移動したものである。ただし、ｍは正又は負の整
数である。図７にはこれらの曲線を点線で示してある。

【００４２】最も簡単な例として、Ｆ（ｙ）として次の
ような二次関数、 Ｆ（ｙ）＝Ａｙ² ＋Ｂｙ （Ａ＞０、Ｂ＞０） …（１７） を選択することができる。図７に示した曲線はこのよう
な二次曲線の例である。

【００４３】以上のように特定されたねじれ角変化型歯
車にあっては、ピッチ円筒上での歯すじ転がり曲線の展
開図が、前記（１４）式を満たす任意の関数で与えられ
るものとして、この曲線の勾配変化を基礎として、ピッ
チ円筒上での歯すじねじれ角を歯車の回転に対応して変
化させると共に、これを基準として歯形形状部を既知の
はすば歯車やねじ歯車の歯すじねじれ角の基礎的な考え
方に基づき、回転軸直角平面上の軸直角ピッチＴをピッ
チ円筒上で一致させることでかみ合いを実施し、回転軸
方向ピッチｔ_s が、回転角の変化に伴い刻々変化しつつ
も回転軸直角平面上のかみ合い状態、歯形状況が保持さ
れつつ、ねじれが回転軸方向（ｙ方向）に進んでいく。

【００４４】即ち、ピッチ円筒上での転がり周長とねじ
れ進行方向量は、雄雌ロータで等しいことから、雄雌ロ
ータのピッチ円筒上でのつる巻線の長さも等しい。即ち
任意のｙの変域［ｙ_i 、ｙ_j ］において、

【００４５】

【００４６】より、両方の歯車の噛み合いに対応して、
変域［ｙ_i 、ｙ_j ］のピッチ円筒上でのつる巻線の長さ
は等しい。また、歯すじ転がり曲線は回転角の関数とし
ても表され、回転角と歯すじ転がり量は比例関係にあ
る。雄雌歯形形状部のピッチ円径以外の径、Ｒ_M ’、Ｒ
_F ’におけるつる巻線の長さは、（４）、（５）式を用
い、（Ａ）式におけるｘ_M 、ｘ_F は ｘ’_M ＝ｘ_M Ｒ_M ’／Ｒ_M ｘ’_F ＝ｘ_F Ｒ_F ’／Ｒ_F で置き換えることによって得られる。したがって、
（Ａ）に対応する式は、ピッチ円筒以外の径の接触部で
は成り立たず、滑りによって調整が取られている。即
ち、

【００４７】 となる。

【００４８】雄雌ロータの噛み合いが行われるために
は、回転角θ_M 、θ_F の間には θ_M Ｎ_F ＝θ_F Ｎ_M …（１８） の関係が必要である。ここでＮ_M 、Ｎ_F はそれぞれ雄、
雌ロータの歯数である。またピッチ円筒の半径Ｒ_M 、Ｒ
_F は、ピッチ円筒の性質上 Ｒ_M Ｎ_F ＝Ｒ_F Ｎ_M …（１９） の関係がある。（１８）式を保ちつつθ_M 、θ_F が変化
すれば、常に ｙ_M （θ_M ）＝ｙ_F （θ_F ） …（２０） が成り立つ。

【００４９】また、雄雌歯すじの軸方向進行量ｙ_M （θ
_M ）、ｙ_F （θ_F ）から、回転軸方向ピッチｔ_s をθ
（θは（２０）式から、θ_M でもθ_F でも構わない）の
関数として与えることができる。ｔ_s はθの増加ととも
に変化するが、ｙ（θ）の位置の前後のピッチｔ_V-、ｔ
_V+は、 ｔ_V-＝ｙ_M （θ_M ）−ｙ_M （θ_M −２π／Ｎ_M ） ＝ｙ_F （θ_F ）−ｙ_F （θ_F −２π／Ｎ_F ） ｔ_V+＝ｙ_M （θ_M ＋２π／Ｎ_M ）−ｙ_M （θ_M ） ＝ｙ_F （θ_F ＋２π／Ｎ_F ）−ｙ_F （θ_F ） …（２１） で与えられる。

【００５０】従って図７におけるピッチｔ_sg、ｔ_s （＝
ｔ_sg）は両ロータの噛み合い部におけるピッチを示すも
ので、ｔ_sg（ｎ、ｎ＋１）、ｔ_s （ｎ、ｎ＋１）は ｔ_sg（ｎ、ｎ＋１）＝ｙ_M ｛２π（ｎ＋１）／Ｎ_M ｝−ｙ_M （２πｎ／Ｎ_M ） ｔ_s （ｎ、ｎ＋１）＝ｙ_F ｛２π（ｎ＋１）／Ｎ_F ｝−ｙ_F （２πｎ／Ｎ_F ） …（２２） である。ｙ（θ）の増加率ｄｙ／ｄθは ｄｙ／ｄθ＝Ｒｄｙ／ｄｘ＝Ｒ／（ｄｘ／ｄｙ）＝Ｒ／（ｄＦ／ｄｙ） であるから、ｙ（θ）の増加率はｄＦ／ｄｙに反比例、
即ち、ｙの増加とともに次第に増加率は減少していく。
このことは、回転軸方向ピッチはｙの増加と共に、次第
に減少し、ｔ_s （ｎ−１、ｎ）＞ｔ_s （ｎ、ｎ＋１）、
ｔ_sg（ｎ−１、ｎ）＞ｔ_sg（ｎ、ｎ＋１）と変化する。
一方軸直角面ピッチは変化しないため、回転に伴って
は、常に同一の歯形が現れる。即ち、雄歯車の歯形と雌
歯車の歯形で密閉状態にある容積は、回転に伴う移動に
伴って時間的に縮小することができる。

【００５１】以上のように特定されたねじれ角可変型歯
車にあっては、かみ合いピッチ円筒上での歯すじ転がり
曲線が、単調にその勾配を変えかつ単調増加関数的に変
化し、この歯すじねじれ曲線の勾配変化を基礎として、
ピッチ円筒上での可変歯すじねじれ角を定め、これを基
準として歯型形状部を既知のはすば歯車や、ねじ歯車の
歯すじねじれ角の基礎的な考え方に基ずき、ねじれ進行
方向の回転軸直角平面上の軸直角面ピッチＴを一致させ
ることでかみあいを実施し、回転軸方向ピッチｔ_sgが、
回転角の変化に伴い刻々変化しつつも回転軸直角平面上
のかみ合い状態、歯型形状が保持されつつねじれが回転
軸方向Ｙ（θ）に進んで行くため、回転角と歯すじ転が
り量は一定の関係を持ち、雄雌一対の歯車の歯型形状を
回転軸方向の直角平面上で一致させることができ、回転
軸方向の回転に伴い逐次現れる回転軸直角空間平面ｎ
（ｎ_M 又はｎ_F ）番目に回転当初と同一歯が現れる。即
ち、この歯車によれば、通常の歯車としての特徴を有す
るばかりでなく、回転軸直角平面上のシ一ル性の高いね
じとしての特徴も併せ持つものである。

【００５２】また、回転軸方向ピッチを周期的かつ連続
的に変化させることが可能である。したがって、この歯
車を用いて雄雌ロータを構成すれば、前記雄ロータと雌
ロータの歯すじねじれ角はロータの回転角にしたがって
変化し、その結果ロータとケーシングにより形成される
Ｖ字形の作動室容積を連続的に変化させることができ
る。即ち、すべての作動室をその容積が減少する作動室
とすることができる。

【００５３】以上のように、上記歯車を用いてスクリュ
−真空ポンプや圧縮ポンプを構成すれば、図８の実線で
示されるように作動室の容積は連続的に変化して連続圧
縮し、移送を行うため、それらポンプの温度状態は、吸
入側から吐出側に向けて徐々に温度が上昇し、局部的に
温度が上昇することはない。また、作動室は吸入ポ−ト
と連通した状態で気体を吸入する吸入作用、作動室内の
気体を連続圧縮移送する連続圧縮移送作用、吐出ポ−ト
と連通した状態で気体を吐出する吐出作用を行い、単な
る移送作用を有さないため、効率的に駆動することがで
きる。

【００５４】更に、回転軸方向ピッチが変化するため、
等ピッチの従来のスクリュ−流体機械と比べて、ロ−タ
の全長を短くすることができ、スクリュ−流体機械の小
型化を図ることができるという効果を奏する。

【００５５】次に、本発明に係る流体機械において、雄
雌ロータの各スクリュー部の少なくとも一端側にルーツ
部を設ける場合の真空ポンプとしての一実施例につい
て、図９乃至図１２に基づいて説明する。尚、図９は本
実施例に用いられる雄雌ロ−タの斜視図であり、図１０
は雄雌ロ−タの平面図である。また図１１は図９、１０
に図示した雄雌ロ−タを用いたスリュー真空ポンプの断
面図であって、図１２は図１１のＡ−Ａ断面図である。

【００５６】まず、本実施例の特徴について説明する
と、従来雄雌ロ−タにはいわゆる単一のねじ歯車が形成
されていたのに対し、本実施例は雄雌ロ−タに前記ねじ
歯車とル−ツとを形成した点に特徴がある。即ち、図９
及び図１０に示すように、雄雌ロ−タ１０１、１０２は
ねじ歯車部１０１ａ、１０２ａと雄側ル−ツ部１０３、
１０５、雌側ル−ツ部１０４、１０６とにより構成さ
れ、前記雄側ル−ツ部１０３、１０５、雌側ル−ツ部１
０４、１０６は前記ねじ歯車部１０１ａ、１０２ａの両
端に形成されている。

【００５７】また、雄雌ロ−タ１０１、１０２のねじ歯
車部１０１ａ、１０２ａとケーシングによって形成され
る作動室１０１ｂ、１０２ｂと、雄側ル−ツ部１０３、
雌側ル−ツ部１０４とケーシングとによって形成される
作動室１０３ａ、１０４ａとは連通し、同様に作動室１
０１ｂ、１０２ｂ、雄側ル−ツ部１０５、雌側ル−ツ部
１０６とケーシングとによって形成される作動室１０５
ａ、１０６ａとは連通している。尚、前記雄雌ロ−タ１
０１、１０２の一端部には回転軸１０７、１０８が形成
されている。

【００５８】次に、この雄雌ロ−タ１０１、１０２をケ
−シングに配置した状態を図１１、図１２に基づいて説
明する。図に示すように、雄ロータ１０１と雌ロータ１
０２は、主ケーシング１０９に収納され、前記主ケーシ
ング１０９の一端面を密封する端板１１０に取りつけら
れた軸受１１１、１１２と副ケーシング１１７に取りつ
けられた軸受１１８、１１９とにより回転自在に支持さ
れている。前記主ケーシング１０９の端板１１０側には
雄雌ロ−タ１０１、１０２で圧縮された気体を外部に吐
出する吐出口１０９ｂが設けられている。また各軸受け
１１１、１１２にはシ−ル材１１３、１１４が取りつけ
られ、前記シール材１１３、１１４によって後述するタ
イミングギヤ１１５、１１６による潤滑油が作動室内へ
侵入するのを防いでいる。

【００５９】前記雄雌ロータ１０１、１０２の回転軸１
０７、１０８には、副ケーシング１１７内に収納された
タイミングギヤ１１５、１１６が取付られ、雄、雌ロー
タが互いに接触しないように両ロータ間を調整してい
る。そして軸受１１１、１１２の潤滑は飛まつ給油より
行ない、副ケーシング１１７内に溜った潤滑油（図示せ
ず）をタイミングギヤ１１５、１１６によって跳ねかけ
るように成されている。尚、前記主ケーシング１０９の
他端側には副ケーシング１２０が取り付けられている。
また前記主ケーシング１０９の他端側には吸入口１０９
ａが設けられている。

【００６０】このように構成されたスクリュ−真空ポン
プは、雄、雌ロータ１０１、１０２の回転に伴い気体が
吸入口１０９ａから雄側ル−ツ部１０５、雌側ル−ツ部
１０６とケーシングとによって形成される作動室１０３
ａ、１０４ａに吸い込まれる。この吸引時にル−ツ部１
０３、１０４の作動室１０３ａ、１０４ａによって、吸
引した気体は圧縮される。そして、前記作動室１０３
ａ、１０４ａと連通しているねじ歯車部１０１ａ、１０
２ａとケーシングによって形成される作動室１０１ｂ、
１０２ｂに移送される。前記作動室１０１ｂ、１０２ｂ
はロータ１０１、１０２の回転に伴い当初容積一定のま
ま気体を移送するが、さらにロータが回転するとその容
積を減少させ気体を圧縮する。更に、圧縮された気体は
作動室１０１ｂ、１０２ｂと連通している雄側ル−ツ部
１０５、雌側ル−ツ部１０６の作動室１０５ａ、１０６
ａに移送され、圧縮されながら吐出口１０９ｂから吐出
される。

【００６１】尚、主ケーシング１０９の外側には気体の
圧縮により温度が上昇するため、冷却ジャケット１２１
を設け、このジャケット内に冷却水を通しケーシング１
０９や圧縮気体を冷却するように成されている。

【００６２】以上のように、本実施例によればスクリュ
−ポンプとル−ツポンプの機能を兼ね備えるため、図１
３の実線に示すようにスクリュ−真空空ポンプの排気速
度が大幅に改善され、１台の真空ポンプで効率良く、大
気圧（７６０Torr）から１０^{- 4} Torrの中真空領域ま
で、略安定した排気速度を得ることができ、広い作動範
囲をカバーすることができる。また、上記実施例のポン
プを圧縮機として使用した場合には高い吐出圧を得るこ
とができる。尚、上記実施例において、ルーツ部はねじ
歯車部の両端、つまり吸入口側及び吐出口側の両方形成
したが、必要に応じていずれか一方のみに形成しても良
い。また、上記実施例において、ねじ歯車のねじれ角
は、図６、７で説明したように連続的に変化するもので
あっても、従来の図１、２のように一定のものであって
もよい。

【００６３】次に本発明にかかる流体機械において雄雌
ロータの同期回転制御を行う場合における真空ポンプと
しての実施例について、図１４乃至図１６に基づいて説
明する。この実施例にかかるスクリュ−真空ポンプは、
雄雌ロータ２０１、２０２にルーツ部が設けられていな
い点および雄雌ロータ２０１、２０２の回転軸２０７、
２０８にモータＭ₁ 、Ｍ₂ が取り付けられている点を除
き基本的には図１１、１２に示した真空ポンプと同様の
構造を有している。前記モ−タＭ₁ 、Ｍ₂ の制御回路は
図１６に示すように、駆動用交流信号あるいは駆動用パ
ルス信号を送出するインバ−タ２０２、２０３に接続さ
れ、前記インバ−タ２０２、２０３は周波数制御を行う
コントロ−ル信号を送出するコントロ−ラ２０４に接続
されている。即ち、コントロ−ラ２０４から所定回転数
に応じたコントロ−ル信号がインバ−タ２０２、２０３
に送出されると、そのコントロ−ル信号に対応した基準
周波数を有する駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信
号をインバ−タ２０２、２０３から送出し、モ−タＭ
₁ 、Ｍ₂ が所定回転数で駆動されるようになされてい
る。

【００６４】このように構成されたスクリュ−真空ポン
プの動作について説明すると、前述のようにコントロ−
ラ２０４から所定回転数に応じたコントロ−ル信号、即
ちインバ−タ２０２、２０３の周波数を制御するコント
ロ−ル信号がインバ−タ２０２、２０３ヘ送出される。
このコントロ−ル信号を受けて、前記インバ−タ２０
２、２０３からは前記コントロ−ル信号に対応した所定
の周波数（基準周波数）を有する駆動用交流信号あるい
は駆動用パルス信号がモ−タＭ₁ 、Ｍ₂ に送出される。
そして、前記駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号
を受けてモ−タＭ₁ 、Ｍ₂ は所定回転数で駆動される。

【００６５】ここで、前記雄雌ロ−タ１０１、１０２の
インバ−タ２０２、２０３から送出される駆動用交流信
号あるいは駆動用パルス信号に誤差はなく、所定の周波
数（基準周波数）をもって送出されているのであれば、
雄雌ロータ１０１、１０２の回転は同期し、雄雌ロータ
１０１、１０２は同一の回転数で駆動され、タイミング
ギヤ１１５、１１６には負荷が加わることはない。その
結果、高速で雄雌ロータ１０１、１０２を回転駆動して
も、タイミングギャ１１５、１１６には負荷が加わらな
いため、タイミングギャの噛み合いによる騒音を抑える
ことができる。

【００６６】尚、通常インバ−タの周波数誤差は０．２
〜０．３％ある。このインバ−タの周波数誤差により、
雄雌ロータ１０１、１０２の回転の同期が取れなくな
り、タイミングギヤ１１５、１１６には雄雌ロータ１０
１、１０２を回転させるための負荷が加わることになる
が、従来の場合に比べてその負荷は小さいため、前記タ
イミングギヤ１１５、１１６から発せられる騒音を従来
より抑えることができる。また、タイミングギヤの歯面
圧は従来に比し小さくなるため、ポンプの高速運転が可
能となり、ポンプ排気速度の向上あるいはポンプの小型
化を図ることができる。

【００６７】次にモ−タの制御系については、他の例を
図１５に示す。尚、図１４に示した部材と同一部材は同
一符号を付する。この図１５に示す場合も図１４に示す
場合と同様に、前記モ−タＭ₁ 、Ｍ₂ は、駆動用交流信
号あるいは駆動用パルス信号を送出するインバ−タ２０
２、２０３に接続され、前記インバ−タ２０２、２０３
はインバ−タ２０２、２０３の周波数制御を行うコント
ロ−ル信号送出するコントロ−ラ２０４に接続されてい
る。またこのモ−タの制御系にあっては、インバ−タ２
０２、２０３から送出された駆動用交流信号あるいは駆
動用パルス信号を取り込むフィ−ドバック２０５、２０
６回路が設けられ、前記フィ−ドバック回路２０５、２
０６からインバ−タ２０２、２０３に制御信号が送出さ
れる。

【００６８】即ち、コントロ−ラ２０４から所定回転数
に応じたコントロ−ル信号がインバ−タ２０２、２０３
に送出されると、前記インバ−タ２０２、２０３からは
所定の周波数（基準周波数）を有する駆動用交流信号あ
るいは駆動用パルス信号がモ−タＭ₁ 、Ｍ₂ に送出され
る。ここで、インバ−タ２０２、２０３から送出される
駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号がこのインバ
−タ２０２、２０３の周波数誤差等により基準周波数か
らずれた場合、雄雌ロータ１０１、１０２の回転の同期
が取れなくなる。しかし、インバ−タ２０２、２０３か
ら送出される駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号
がフィ−ドバック回路２０５、２０６に取り込まれ、フ
ィ−ドバック回路２０５、２０６からインバ−タ２０
２、２０３の周波数誤差を補正し、基準周波数に一致さ
せる制御信号をインバ−タ２０２、２０３に送出する。
その結果、インバ−タ２０２、２０３から送出される駆
動用交流信号あるいは駆動用パルス信号は徐々に基準周
波数に近づき、雄雌ロータ１０１、１０２の回転が同期
するようになる。

【００６９】以上のように、インバ−タ２０２、２０３
の周波数誤差等があっても、フィ−ドバック回路２０
５、２０６を設け、その誤差を小さくするように、制御
信号をフィ−ドバック回路２０５、２０６からインバ−
タ２０２、２０３に送出するように構成されているた
め、雄雌ロータ１０１、１０２の回転は同期するように
なり、タイミングギャ１１５、１１６の負荷が徐々に減
少し、タイミングギャ１１５、１１６の噛み合いによる
騒音を抑えることができる。

【００７０】尚、上記実施例においても、ねじ歯車のね
じれ角は連続的に変化するものであっても変化しないも
のであってもよく、また、ロータにルーツ部が設けられ
たものであってもよい。

【００７１】また、第１８、１９図は前述した図１４、
１５に示す真空ポンプの発展的実施例を示すものであ
り、雄雌ロータ２１１、２１２の回転軸線上に左から右
へ順次、ルーツ部２１３、２１４、スクリュー部２１
５、２１６、ルーツ部２１７、２１８、スクリュー部２
１９、２２０、ルーツ部２２１、２２２を設け、上述し
たのと同様の制御がなされるモータＭ₁ 、Ｍ₂ を左右に
位置するよう回転軸２２３、２２４の一方側に取りつけ
たものを示す。このようにモータＭ₁ 、Ｍ₂ を配置する
ことにより、モータＭ₁ 、Ｍ₂ の径が大きくてもこれを
容易に回転軸２２３、２２４に取り付けることができ
る。なお、図１８、１９において、吸気口２２５から吸
引された気体は左右に分かれて吐出口２２６、２２７か
ら排気されるよう同一軸線上にある左右対のスクリュー
２１５、２１６、２１９、２２０は、そのねじれ方向が
逆になっている。その他の構成は、図１４、１５と同様
な構成を有しているため、図中、図１４、１５の符号と
同一符号を付することによって、その説明を省略する。

【００７２】次に、本発明にかかる真空ポンプにおいて
圧力調整弁を設ける場合における実施例について、図２
０乃至図２２に基づいて説明する。尚、図２０は本実施
例にかかるスクリュー真空ポンプにおけるケ−シングの
吐出側端面プレート部（内壁面部）をロータ側からみた
概略図であって、（ａ）は雄ロ−タ側の排出口に雄ロ−
タの歯端面が位置しない状態を示す図である。また
（ｂ）は雄ロ−タが回転し、排出口に雄ロ−タの歯端面
が位置する状態を示す図である。また、図２１は本実施
例にかかるスクリュー真空ポンプをロ−タの周方向を開
いて、模式的に表した図である。更に、図２２は排出口
の要部拡大図である。

【００７３】図に示すように、３０１は雄ロ−タ−であ
って、前記雄ロ−タ−３０１と噛み合う雌ロ−タ−３０
２が、従来のスクリュー真空ポンプ同様、ケ−シング３
０３内に収納されている。そして、前記ケ−シング３０
３の吐出側には、雄ロータ端面プレート３０３ａ、雌ロ
ータ端面プレート３０３ｂ（図２１）が形成され、この
端面プレート３０３ａ、端面プレート３０３ｂと雄ロ−
タ３０１の歯端面、雌ロ−タ３０２の歯端面とは接触せ
ず、微少の間隔を持っている。したがって、雄ロータ端
面プレート３０３ａ、雌ロータ端面プレート３０３ｂと
雄ロ−タ３０１の歯端面３０１ｂ、雌ロ−タ３０２の歯
端面３０２ｂとによって、作動室３０１ａ、３０２ａの
気密性が保たれる。

【００７４】また、前記雄ロ−タ３０１の端面プレ−ト
３０３ａには排出口３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３
０４ｄが形成され、同様に雌ロータの端面プレート３０
３ｂにも、排出口３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０
５ｄ、３０５ｅが形成されている。そして端面プレ−ト
３０３ａと端面プレート３０３ｂとの上部には、端面プ
レ−ト３０３ａと端面プレート３０３ｂに跨がって、１
つの吐出口３０６が形成されている。

【００７５】前記雄ロータ側端面プレート３０３ａに形
成された排出口３０４は、雄ロータ歯数（この実施例に
あっては、歯数は５）より１つ少ない４つ設けられ、４
つの排出口３０４ａ〜３０４ｄは、雄ロータ３０１を構
成するねじ歯車の歯ピッチの間隔と同一間隔をもって、
前記ねじ歯車のピッチ円上に配置されている。尚、排出
口は、雄ロータ３０１を構成するねじ歯車の歯ピッチの
間隔と同一間隔をもって形成されるため、雄ロータ側端
面プレート３０３ａには、５つの排出口を設けることが
できるが、５つ目の排出口は吐出口３０６となるように
構成されている。したがって、前記排出口３０４ａ〜３
０４ｄは吐出口３０６からの角度で示せば、７２°、１
４４°、２１６°、２８８°の位置に形成されている。

【００７６】また前記雌ロータ側端面プレート３０３ｂ
に形成された排出口３０５は、前述の雄ロ−タ側端面プ
レ−ト３０３ａと同様に、雌ロータ歯数（この実施例に
あっては、歯数は６）より１つ少ない５つ設けられ、５
つの排出口３０５ａ〜３０５ｅは、雌ロータ３０２を構
成するねじ歯車の歯ピッチの間隔と同一間隔をもって、
前記ねじ歯車のピッチ円上に配置されている。尚、排出
口は、雌ロータ３０２を構成するねじ歯車の歯ピッチの
間隔と同一間隔をもって形成されるため、雌ロータ側端
面プレート３０３ｂには、６つの排出口を設けることが
できるが、６つ目の排出口は吐出口３０６となるように
構成されている。したがって、前記排出口３０５ａ〜３
０５ｅは吐出口３０６からの角度で示せば、６０°、１
２０°、１８０°、２４０°、３００°の位置に形成さ
れている。

【００７７】以上のような位置関係をもって、排出口３
０４ａ〜３０４ｄ及び排出口３０５ａ〜３０５ｅが形成
されているため、図２０（ａ）に示すように前記雄ロー
タ３０１のねじ歯車の端面３０１ｂが排出口３０４ａ〜
３０４ｄを閉塞しない状態（雌ロータ２のねじ歯車の端
面３０２ｂが排出口３０５ａ〜３０５ｅを閉塞する状
態）にあっては、排出口３０４ａ〜３０４ｄの内側は開
放状態にあり、排出口３０５ａ〜３０５ｅは閉塞状態に
ある。そして、ロ−タが回転することにより、前記状態
から図２０（ｂ）に示すような前記雄ロータ３０１のね
じ歯車の端面３０１ｂが排出口３０４ａ〜３０４ｄを閉
塞する状態（雌ロータ２のねじ歯車の端面３０２ｂが排
出口３０５ａ〜３０５ｅを閉塞しない状態）に移行する
が、いずれの状態にあっても作動室が排出口３０４、３
０５を介して、連通することはない。

【００７８】次に、排出口の外側に配される排出弁につ
いて図２２に基づいて説明する。尚、この排出弁は基本
的構成は従来の排出弁と同様であるため、図５に示され
た部材と同一の部材については同一符号を付する。図に
おいて、圧力調整装置３０７は前記排出口を開閉する弁
棒５３と、前記弁棒５３の反対面に一体に形成され、排
出口３０４、３０５に挿入される突出部５３ａと、前記
弁棒５３を排出口３０４、３０５を閉塞する方向に附勢
するばね５４と、前記弁棒５３とばね５４とを収納する
弁ボックス５５と、前記弁ボックス５５に形成され、前
記排出口３０４、３０５から吐出した気体を外部に放出
する大気開放口５６とから構成されている。ここで、前
記ばね５４の附勢力は、スクリューポンプを鉛直かつ吐
出口３０６が下方に位置するよう配置した場合に、大気
圧以上に作動室内の圧力が上昇すると弁棒５３が排出口
３０４、３０５を開くように、つまり弁棒５３の自重を
支持する程度の附勢力に調整されている。したがって、
ポンプを横置きに配置した場合には、作動室内の圧力が
大気圧とばね５４の附勢力との和（この値は、ばね５４
の附勢力が小さいのでほぼ大気圧といえる）以上になっ
た時に排出口３０４、３０５が開く。

【００７９】上記のように構成された一実施例の動作作
用を吐出口を下方に位置させた場合について説明する。
まず吸入気体の圧力が低く、作動室３０１ａの圧力が大
気圧より低い場合には、弁ボックス５５内の弁棒５３
は、ばね５４によって附勢され、排出口３０４、３０５
を塞いでいる。尚、このとき、突出部５３ａは排出口３
０４、３０５に挿入されているため、排出口３０４、３
０５にわずかな空隙しか形成されていない。そのため、
作動室３０１ａ、３０２ａが排出口３０４、３０５に位
置し連通した際、作動室３０１ａ、３０２ａの圧力は排
出口３０４、３０５の空隙の圧力の影響を受けることは
ない。したがって、吸入口より吸入された気体は、雄ロ
ータ３０１、雌ロータ３０２及びケーシング３０３によ
って形成される作動室３０１ａ、３０２ａ内に入り、両
ロータの回転により圧縮されて、前記圧力調整装置から
外部に吐出されることなく、吐出口３０６より吐出され
る。このとき、図２２に示すように排出口３０４、３０
５の内側はロ−タを構成するねじ歯車の歯端面３０１ｂ
または歯端面３０２ｂで閉塞するように構成されている
ため、作動室が隣接する作動室と連通することはなく、
圧力の高い作動室から圧力の低い作動室に気体が洩れ、
吸気側が所定真空度になるまでに余分な時間を要するこ
ともない。

【００８０】これに対し、吸入気体の圧力が高く、作動
室の圧力が大気圧より高い場合には、弁棒５３は下方に
押し下げられ、作動室５１内の気体は排出口３０４、３
０５より弁ボックス５５内のすきまを通り、大気開放口
５６より外部へと放出される。そして、吸入圧力が低下
し、作動室が吐出口に連通する直前において当該作動室
内圧力が大気圧に達することがなくなると、圧力調整装
置の排出口３０４、３０５はすべて塞がれ、作動室内の
気体は前記圧力調整装置３０７から外部に吐出されるこ
となく、吐出口３０６より圧出される。

【００８１】以上のように、本実施例にかかるスクリュ
−真空ポンプにあっては、スクリュー真空ポンプのロ−
タの回転にしたがってロ−タの歯端面が排出口に位置す
る状態で、ロ−タの歯端面によって排出口の内側を閉塞
するように構成されているため、排出口によって一の作
動室と隣接する他の作動室と連通することがなく、圧力
の高い一の作動室から圧力の低い他の作動室に気体が洩
れないため、吸気側が所定真空度になるまでに余分な時
間を要することがない。また作動室内の圧力を常にほぼ
大気圧以下に抑えられるため、吸入圧力が大気圧近傍の
状態での運転に際しても、必要以上の圧縮が行われない
ため、軸トルクの増大を防ぐことができ、消費電力を抑
えることができる。更に、必要以上の圧縮が行われない
ため、スクリュー真空ポンプの温度が異常に上昇するこ
とはなく、ケ−シングとロ−タ−、雄ロ−タ−と雌ロ−
タ−のかみ合い間の寸法精度等を良好なものとすること
ができる。

【００８２】尚、上記実施例にあっては、排出口を４個
あるいは５個設けたものについて説明したが、特にこれ
に限定されるものではなく、スクリュー真空ポンプの使
用範囲、性能等を考慮の上適宜選択される。また排出口
をロ−タを構成するねじ歯車のピッチ円に相当する位置
に形成したが、特にこの位置に限定されるものではな
く、ねじ歯車の歯端面で閉塞できる位置に形成されれば
良い。更に、上記実施例では、ばねの附勢力を弁棒５３
の自重を支持する程度のものとして説明したが、特にこ
れに限定されるものではなく、スクリュー真空ポンプの
使用範囲、性能等を考慮の上ばねの附勢力を変えてもよ
い。また、本実施例においても、ねじ歯車のねじれ角は
連続的に変化するものであっても、あるいは変化しない
ものであってもよく、また図１１、１２に示すと同様に
ロータのスクリュー部の吐出側にルーツ部（その吐出側
端面が上述した歯端面に該当することになる）を設けた
ものであってもよい。

【００８３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかるスクリュー流体機械によれば雄ロータと雌ロー
タの歯すじねじれ角をそのねじれの進行にしたがって変
化させているため、ロータとケーシングにより形成され
るＶ字形の各流体作動室の容積をロ−タの回転にしたが
って連続的に増加又は減少させることができる。その結
果、局部的に温度が異常に上昇するのを抑えることがで
き、ケーシングとローター、雄ローターと、雌ローター
のかみ合い間の寸法精度等を良好なものにすることがで
きる等の効果を奏するものである。また、このようなス
クリュー流体機械の当該ねじれ歯車としては、ねじ歯車
のピッチ円筒径上での歯すじ転がり曲線の展開図におい
てねじれ進行方向に対するピッチ円筒の転がり周長が実
質的に単調増加関数で表されることを特徴とする本発明
にかかるねじ歯車を用いることができ、その結果、回転
軸直角シール性が高くなり流体作動室の気密性を良好と
することができる。また、このような本発明にかかるね
じ歯車は、通常の伝動歯車として使用できることはもち
ろんのこと、回転に伴いねじれ角が時間的に変わるた
め、軸方向の時間的変動を伴う負荷を効果的に処理する
ことができる。

【００８４】また、本発明にかかる流体機械によれ
ば、，雄雌ロータのスクリュー部の少なくとも一端側に
ルーツ部を設けているため例えば真空ポンプとして用い
た場合には排気速度が大幅に改善され、１台の真空ポン
プで効率良く大気圧から１０^{- 4}Torrの中真空領域ま
で、安定した排気速度を得ることができ、また、圧縮ポ
ンプとして用いた場合には高い吐出圧を得ることができ
るという効果を奏する。

【００８５】また、本発明にかかる流体機械によれば、
雄雌ロータを同期駆動しているのでロ−タを高速回転さ
せた場合であっても、タイミングギャの噛み合いによる
騒音を抑えることができるという効果を奏する。

【００８６】更に本発明にかかる流体機械によれば、ロ
−タの回転にしたがってロ−タの歯端面が排出口に位置
する状態で、ロ−タの歯端面によって排出口の内側を閉
塞するように構成されているため、排出口によって一の
作動室と隣接する他の作動室とが連通することがない。
その結果、所定の圧力の高い一の作動室から圧力の低い
他の作動室に気体が洩れることなく、吸気側が所定真空
度になるまでに余分な時間を要しないという効果を奏す
るものである。

【００８７】また作動室内の圧力をほぼ大気圧以下に抑
えられるため、吸入圧力が大気圧近傍の状態での運転に
際しても、必要以上の圧縮による軸トルクの増大を防ぐ
ことができ、消費電力を抑えることができ、また必要以
上の圧縮がないため、スクリュー真空ポンプの温度が異
常に上昇することはなく、ケ−シングとロ−タ−、雄ロ
−タ−と雌ロ−タ−のかみ合い間の寸法精度等を良好な
ものとすることができるという効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来のスクリュ−真空ポンプを示し、図
２のＢ−Ｂ断面図である。

【図２】図２は従来のスクリュ−真空ポンプを示し、図
１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図３は従来のスクリュ−真空ポンプの雄ロータ
と雌ロータが噛み合っている状態をロータの周方向に展
開した模式図である。

【図４】図４は従来のスクリュー真空ポンプの断面図で
ある。

【図５】図５は図４に示す圧力調整装置を示す要部断面
図である。

【図６】図６は本発明に用いられるねじ歯車の平面図で
ある。

【図７】図７は本発明に用いられるねじ歯車のかみ合い
ピッチ円筒上の展開図あって、横軸にかみ合いピッチ円
筒の雄転がり周長を、縦軸にねじれ進行量をとり、この
座標軸上に放物線（２次曲線）からなる歯すじ転がり曲
線を表した展開図である。

【図８】図８はスクリュ−真空ポンプの温度の上昇を表
した図であって、点線は従来のスクリュ−真空ポンプの
場合を示し、実線は本発明の一実施例の場合を示してい
る。

【図９】図９は本発明の一実施例に用いられる雄雌ロ−
タの斜視図である。

【図１０】図１０は図９の雄雌ロ−タの平面図である。

【図１１】図１１は図９、１０に図示した雄雌ロ−タを
用いたスリュー真空ポンプの断面図である。

【図１２】図１２は図１１のＡ−Ａ断面図である。

【図１３】図１３は排気速度の特性を示す図である。

【図１４】図１４は本発明の一実施例にかかるスクリュ
−真空ポンプの断面図である。

【図１５】図１５は図１４のＡ−Ａ断面図である。

【図１６】図１６は図１４、１５に図示した雄雌ロ−タ
の回転制御するための回路図である。

【図１７】図１７は雄雌ロ−タの回転制御するための他
の回路図である。

【図１８】図１８は本発明の一実施例にかかるスクリュ
−真空ポンプの断面図である。

【図１９】図１９は図１８のＡ−Ａ断面図である。

【図２０】図２０は本発明の一実施例にかかるスクリュ
ー真空ポンプをケ−シングの吐出側からみた概略図であ
る。

【図２１】図２１は本発明の一実施例にかかるスクリュ
ー真空ポンプをロ−タの周方向を開いて、模式的に表し
た図である。

【図２２】図２２は排出口の要部拡大図である。

【符号の説明】

１ 雄歯車（雄ロ−タ） ２ 雌歯車（雌ロ−タ） ３ 雄かみ合いピッチ円筒 ４ 雌かみ合いピッチ円筒 ５ 雄歯型形状 ６ 雌歯型形状 ７ 雄回転軸 ８ 雌回転軸 １０１ 雄ロ−タ １０１ａ ねじ歯車部 １０２ 雌ロ−タ １０２ａ ねじ歯車部 １０３ ル−ツ部 １０４ ル−ツ部 １０５ ル−ツ部 １０６ ル−ツ部 １０９ ケ−シング １０９ａ 吸入口（流入口） １０９ｂ 吐出口（流出口） ２０２ インバ−タ ２０３ インバ−タ ２０４ コントロ−ラ ２０５ フィ−ドバック回路 ２０６ フィ−ドバック回路 Ｍ₁ モ−タ Ｍ₂ モ−タ ３０１ 雄ロ−タ ３０１ａ 作動室 ３０１ｂ 歯端面 ３０２ 雌ロ−タ ３０２ａ 作動室 ３０２ｂ 歯端面 ３０３ ケ−シング ３０３ａ 雄ロ−タ側端面プレ−ト ３０３ｂ 雌ロ−タ側端面プレ−ト ３０４ａ〜３０４ｄ 排出口 ３０５ａ〜３０５ｅ 排出口 ３０６ 吐出口 ３０７ 排出弁

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互に噛み合う雄ロ−タ及び雌ロ−タと、
   両ロ−タを収納するケ−シングと、雄雌ロータとケーシ
   ングとにより形成される流体作動室と、該作動室の一端
   部および他端部に連通しうるようケーシングに設けられ
   た流体の流入口および流出口とを備えたスクリュー流体
   機械において、 前記雄雌ロ−タを構成するねじ歯車のねじれ角が、当該
   ねじれの進行に伴って連続的に変化していることを特徴
   とするスクリュー流体機械。
2. 【請求項２】 前記雄雌ロ−タとケ−シングとにより形
   成される流体作動室は吸入、連続圧縮移送、吐出作用を
   有することを特徴とする請求項１に記載のスクリュー流
   体機械。
3. 【請求項３】 前記雄雌ロ−タを構成するねじ歯車は、
   その歯車のピッチ円筒径上での歯すじ転がり曲線の展開
   図においてねじれ進行方向に対するピッチ円筒の転がり
   周長が実質的に単調増加関数で表されることを特徴とす
   る請求項１に記載のスクリュー流体機械。
4. 【請求項４】 前記各ねじ歯車は、そのねじ山の回転軸
   方向ピッチは変化するが、そのねじ山の軸直角ピッチは
   変化しない歯車であることを特徴とする請求項３に記載
   のスクリュー流体機械。
5. 【請求項５】 ねじ歯車のピッチ円筒径上での歯すじ転
   がり曲線の展開図においてねじれ進行方向に対するピッ
   チ円筒の転がり周長が実質的に単調増加関数で表される
   ことを特徴とするねじ歯車。
6. 【請求項６】 互に噛み合う雄ロ−タ及び雌ロ−タと、
   両ロ−タを収納するケ−シングと、雄雌ロータとケーシ
   ングとにより形成される流体作動室と、該作動室の一端
   部および他端部に連通しうるようケーシングに設けられ
   た流体の流入口および流出口とを備えたスクリュー流体
   機械において、 前記雄雌ロ−タにはねじ歯車部及びその各ねじ歯車部の
   少なくともいずれか一端部にル−ツ部が形成されている
   ことを特徴とするスクリュー流体機械。
7. 【請求項７】 前記雄雌ロ−タには、流入口側から流出
   口側に向かって、ル−ツ部、ねじ歯車部、ル−ツ部が形
   成されていることを特徴とする請求項６に記載のスクリ
   ュー流体機械。
8. 【請求項８】 互に噛み合う雄ねじロ−タ及び雌ねじロ
   −タと、両ロ−タを収納するケ−シングと、雄雌ロータ
   とケーシングとにより形成される流体作動室と、該作動
   室の一端部および他端部に連通しうるようケ−シングに
   設けられた流体の流入口および流出口とを備えたスクリ
   ュ−流体機械において、 前記雄ロ−タ及び雌ロ−タを駆動するためにそれぞれの
   ロ−タに設けられたモ−タと、前記夫々のモ−タに駆動
   用交流信号あるいは駆動用パルス信号を送出するインバ
   −タと、前記インバ−タを周波数制御するコントロ−ル
   信号を送出するコントロ−ラとを備え、 前記雄ロ−タと雌ロ−タの回転数を制御することを特徴
   とするスクリュー流体機械。
9. 【請求項９】 互に噛み合う雄ねじロ−タ及び雌ねじロ
   −タと、両ロ−タを収納するケ−シングとにより作動室
   を形成し、前記作動室に閉じ込められた吸入気体を前記
   ロ−タの回転に伴って、吐出口から圧出するとともに、
   作動室内の圧力が大気圧近傍より上昇しないように、圧
   力を制限する圧力調整装置を設けたスクリュ−流体機械
   において、 前記圧力調整装置は、前記ケ−シングの一部を構成する
   スクリュー端面プレ−トに形成された排出口と、前記排
   出口の外側に設けられ前記作動室内圧力が大気圧近傍を
   越えたときに開放される排出弁と、前記排出口の内側を
   開閉するロ−タの歯端面とを含み、 前記ロ−タの回転にしたがってロ−タの歯端面が前記排
   出口に位置する状態で、ロ−タの歯端面が前記排出口の
   内側を閉塞するようになしたことを特徴とする特徴とす
   るスクリュー流体機械。
10. 【請求項１０】 前記圧力調整装置はロ−タの歯数より
    １つ少ない個数、設けられていることを特徴とする請求
    項９に記載のスクリュー流体機械。