JPS5958189A - スクリユ−ロ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 付発明は、スクリュー圧縮機のスクリューロータに係る
もので、特に同期装置を用いてロータ同志が互いに接触
することなく、噛合って回転する乾式のスフリール圧縮
機、送風機、膨張機などに使用するのに好適なスクリュ
ーロータに関するものである。

〔従来技術〕

一基スクリ、−圧縮機などから吐出されるガス中に油分
の混在が望ましくない用途に用いられる無給油式のスク
リュー圧縮機などにおいては、一対のスフ’Ｊ　ｚ−ロ
ータ間の回転伝達は、各々のロータの作動室外の軸部に
設けられた同期装置を介して行われ、このときロータ同
志は互いに接触することなく、噛合って回転するっこの
種のスフ１）ニー圧縮機のスクリューロータは、油をロ
ータ同志が噛合う作動室内に噴射してロータ間の潤滑、
冷却およびシールを施す油冷式スクリュー圧縮機のスク
リューロータに比較して無給油式スクリュー圧縮機は、
ロータとケーシング問およびロータ間のクリヤランスと
ブローホール部からのガスの漏洩する割合が大きくなる
ため、前記クリャランスやプローホールの大きさが圧縮
機の効率に大きな影響をおよぼすことになるっそれ故、
ロータの形状を高精度に製作すると同時にブローホール
の小さなロータ歯形が要求される。

オだ、実働時にはロータの歯部が高温になるため、停止
時の常温におけるロータ歯部の形状と比較すると大幅に
変形するっこのため、両ロータの形状の設計に際しては
、両ロータ問およびロータとケーシング間において、作
動時に両口−タカ接触することなく、かつ最小のクリヤ
ランスになるようにロータの寸法を考慮して設計すると
同時にロータとケーシング間の焼付き防止を図ることも
必要である。

しかしながら従来のロータの設計においては、両ロータ
問およびロータとケーシング間のクリヤランスを一義的
忙決定しており、何んら理論的に根拠のないり１１ヤラ
ンスがロータに与えられているため、スクＩＪ、−圧縮
機の効率に問題を有していたつ すなわち、両ロータ間のクリヤランスの与え方としでは
、例えば雄ロータを基本図形とし、実働時の熱膨張によ
る変形等を考慮して雌ロータ歯形の法線方向に一定量の
クリヤランスが与えられているスクリューロータが実用
化されている。

しかし、このようなりリヤランスの与え方は、熱膨張に
よる変形が歯形形状によって異なるため、ロータの熱膨
張および実働時のロータ間のクリヤランスを詳細に検討
した結果法められた最適な数１直とは考えられないっ また、前記とは異なるクリヤランスの与え方としては、
互いに噛合５−一夕歯形間の相対すべり運動が小さい領
域においては、わずかなりリヤランスを与え、それ以外
の歯形間には、充分大きなりリヤランスを与えるようＫ
したものが特公昭４５−２００６１号により開示されて
いるうしかしながらこのようなりリヤランスの与え方も
、両ロータの熱変形を定量的に配慮したものとは考えら
れないつ 〔発明の目的〕 本発明は上記の点に鑑み、性能向上を図ると共にロータ
とケーシング間の焼付き防止を図るようにし、なおかつ
雌ロータと雄ロータの噛合いにおいて実働時に最適なり
リヤランスを保持するようにして効率向上および信頼性
向上を図るようにしたスクリューロータを提供すること
を目的とするう〔発明の概要〕 本発明は雌ロータと雄ロータの噛合いにおいて実働時に
最適なりリヤランスを保持するために、実働時の熱膨張
を考慮したスクリューロータを得るものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の基本歯形の一実施例を図面により説明する
っ 第１図において、１は雌ロータ、２は雌ロータ１と互い
に噛合うガトロータで、両ロータ１，２は中心点５．４
を回転中心としてケーシング（図示せず）内で矢印方向
に回転することにより圧縮機の機能を満すよう如なって
いるっまた、両ロータ１．２は、作動室外のそれぞれの
軸部に取付けられた同期装Ｗ！、（図示せず）によって
、ロータ同志およびロータとケーシングが接触すること
なく僅少なりリヤランスでロータが回転するようになっ
ている。

常温時に前記雌ロータ１は、複数個の溝５および突起部
６を有しており、溝５の前進面は、第１フランク７と第
２フランク８で形成され、溝５の後進面は、歯底フラン
ク９、第１フランク１ｏおよび第２フランク１１で形成
され、突起部乙の歯先は、外周フランク１２と歯先チッ
プ１５でそれぞれ形成されている。一方、雄ロータ２は
、複数個の溝１４および突起部１５を有しており、突起
部１５の前進面は、第１フランク１６と第２フランク１
７で形成され、後進面は、第１フランク１８と第２フラ
ンク１９で形成され、突起部１５の先端は歯先チップ２
０で形成され、溝１４の歯底は、歯底フランク２１と凹
部２２でそれぞれ形成されている。

第２図は第１図のロータ形状を拡大したものである。

雌ロータ１の前進面妃おいて、第１フランク７の点２５
−２６の形状は、第１図に示す両ロータの中心点５．４
を結ぶ直線上の点２８を焦点とする二次曲線の放物線に
より形成され、第２フランク８０点２６−２９の形状は
、ピッチ円２５の内側の点５０に中心を有する半径Ｒ０
の円弧により形成されている。また、雌ロータ１の後進
面において、歯底フランク９０点２５−５１の形状は、
ピッチ点ろ２を中心とした半径Ｒ２の円弧で形成され、
後進間第１フランク１０の点５１−５５の形状は、ピン
チ点５２から両ロータ１，２の中心点ろ、４を結ぶ直線
と角度φだけ傾斜した線５ろ上の点５４に中心を有する
半径Ｒ４の円弧で形成した雄ロータ２の後進間第１フラ
ンク１８による軌跡創成によって形成され、後進面第２
フランク１１０点５５−５６の形状は、ピッチ円２５の
内側の点ろ７に中心を有し、かつ前記前進面第２フラン
ク８を形成する半径Ｒ５より小さい半径几、の円弧によ
り形成されているっ 上記のように雌ロータ１の前進面第２フランク８を形成
する円弧の半径几、を後進間第２フランク１１を形成す
る円弧の半径Ｒ３より大きくすることにより、ロータを
加工するホブの切刃の寿命を大幅に向上すると同時に、
ホブ切刃形状を安価にしか本高精度に加工することがで
きる。すなわち、高精度の切刃形状を有するホブにより
ロータを切削加工できるため、ロータの形状精度が大幅
に向上するため、圧縮機の性能が大幅に向上する。

また、後進面＠２フランク１１０円弧の半径Ｒ。

が小さいため、ブローホール面積が小さくなりガスの漏
洩が減少して圧縮機の性能が向上するっ前に戻って、酸
ロータ１の突起部乙の歯先における歯先チップ１５の凸
部を除いた外周フランク１２の点ろ６−２９の形状は、
前記中心点５を中心とする半径の円弧により形成される
。

一方、雄ロータ２の前進面に松いて、第１フランク１６
０点５８−５９は、雌ロータ１の前進面第１フランク７
によって創成される形状であり、第２フランク１７の点
５９−４０は、雌ロータ１の前進面第２フランク８によ
って創成される形状である。後進面第１フランク１８０
点４１−４２１ は、雌ローグーの後進間第２フランク補により創成され
るっ突起部１５の先端は、歯先チップ２０で形成されて
おり、歯底フランク２１０点Ｊ−４３は、凹部２２を除
く部分が、雄ロータ２の中心点４を中心とする半径の円
弧により形成され、凹部２２は、雌ロータ１の歯先チッ
プ１５が挿入できろに十分な溝部として形成されている
っ第５図は雄ロータ２の歯先チップ２０の詳細を示した
もので、雄ロータ２の歯先チップ２０の形状は、実線で
示す点４１−４４−４５−５８で形成されており、この
形状は、雄ロータ２をホブ切り加工する際に創成できる
チンプ形状に選定しである。

このように雌ロータ１および雄ロータ２の突起部先端に
ホブ切り加工に適した歯先チップ１６゜２０を設けるこ
とＫより、ロータの全形状が一度のボブ切り加工で可能
になるため、生産性が大幅に向上する。また、歯先チッ
プを設けることによりロータとケーシング間の焼付き防
止が得られるため、信頼性が向上するっ 本発明のスクリューロータは、雌ロータの前進面フラン
クを円弧、放物線などの二次曲線により接続部がなめら
かになるように形成し、後進面フランクを雄ロータの後
進面歯先フランクの円弧により創成される曲線と前進面
フランクの最歯先側円弧より小さい円弧により形成する
ようにしたので、工具寿命を極端に低減させる七共にブ
ローホール面積を少なくすることによって大幅な性能向
上を図ることができる。

伺、本発明の実施例においては、前記雌ロータの前進面
の一部をピッチ円内に焦点を有する二次曲線の放物線に
よって形成しているが、放物線の代りにピッチ円の外側
に半径中心を有する二次曲線の円弧を用いた場合にも同
様の効果を奏する。

次に、前記基本歯形を用いて実働時の熱膨張や同期装置
のバックラッシ量を考慮することによって、実働時にロ
ータ同志およびロータとケーシングが接触することなく
、僅少なりリヤランスで口−タを回転させることにより
、大幅な性能向上および信頼性を向上させる熱膨張を考
慮したロータ歯形の第一実施例を図面により説明する。

第４図において、第１回〜第５回と同一符号のものは同
一部分を示すっ第４図において、雌ロータの基本歯形を
４６、雄ロータの基本歯形を４７とすると、これら両ロ
ータ１，２０基本歯形４６゜４７は、常温（ロータの製
作時の温度で２０上程度、）状態で互いにクリヤランス
なしに噛合うロータ歯形である。

第５図〜第７図は本発明を実施するに際しての手順を示
したもので、本発明の実施例においては雄ロータ２を基
準とし、雄ロータ２に基本歯形４７を力えた場合につい
て説明する。

第５図〜第６図において、４８は雄ロータ基本歯形４７
がロータ１，２の実働による熱膨張によって変形したロ
ータ歯形を示すもので、この変形したロータ歯形４８は
予めロータ内部の温度を測定して得られた温度分布を基
にして有限要素法などの手法により計算によって求める
っ４９は雄ロータ２のロータ歯形４８によって創成され
る雌ロータ１のロータ歯形で、このロータ歯形４９は前
記熱膨張により変形したロータ歯形４８から求めるっ 次にロータ歯形４９を常温状態に戻すことにより、雌ロ
ータ１の常温状態におけるロータ歯形５゜が求められろ
うこのときにも前記と同様に雌ロータ１のロータ内部の
温度分布から有限要素法などの手法により常温状態にお
けるロータ歯形５０を求めればよい。

ここで、前記手順の具体例として最も簡便な例について
酸１明する。

先ず、仮定条件として、実働時の両ロータの軸直角断面
における温度分布を内、外部とも一定温度とし、温度上
昇によるロータの熱変形は、ロータの中心からロータ歯
形上の任意の点までの距離に対応して半径方向に膨張す
るものとするっ第７図において、雄ロータ２の基本歯形
４７上の任意の点５１０法線は５１−５２となる。この
点５１は温度上昇により半径方向に膨張して点５５に移
動する。このとき、点５５０法線５ろ−５４は前記法線
５１−５２に対して平行に移動し、この点５５は温度上
昇によって変形したロータ歯形４８上に存在する。

以下前記と同様に基本歯形４７の各点の熱変形を形算し
てロータ歯形４８を求める。

次に、熱膨張により変形した雄ロータ２のロータ歯形４
Ｂによって創成される雌ロータ１のロータ歯形４９を求
めるには、第８図に示す如く前記点５４がピンチ交点上
にあるとき、点５ろで創成される相手のロータ歯形−ヒ
の点５５が求まるっこの点５５はロータ歯形４９上に存
在する。

このロータ歯形４９からロータ歯形５０に変換するには
、ロータ歯形４７からロータ歯形４８に変換１，７た逆
の手＋１１ｉ″ｌで行なえばよい、このように、熱膨張
を考慮した一方のロータ歯形で他方のロータ歯形を創成
するようにしたので、作動時に雌ロータ１．雄ロータ２
の噛合う歯形間の全域にわたって最小のクリヤランスを
保持することができるため、油冷式のスクリーーロータ
に比し、実働時における乾式のスクリーーロータにおい
て特に大幅な性能向上が図れるっ 第９図は前記第一実施例の手順とは異なる第一の実施例
を示すものである。

第９図において、前記雌ロータ１．雄ロータ２間の回転
伝達は、両ロータ１，２の作動室の外部に設けられた同
期装置、例えば同期歯車Ｃ図示せず）を介して行なわれ
る。また、この実施例においても雄ロータ２を基準とし
、雄ロータ２に基本歯形４７を与えるつ ５６は前記雌ロータ１のロータ歯形４９から同期歯車の
バックラッシ量やロータ１，２同志が噛合いの過程で接
触しないために必要な最小のクリヤランス量を減じたロ
ータ歯形を示すものである。

５７は前記ロータ歯形５６を常温状態に戻すことにより
得られるロータ歯形で、このロータ歯形５７は前記と同
様に雌ロータ１のロータ内部の温度分布から有限要素法
などの手法により求められるっ次にロータ歯形５６の求
め方を第１０図により説明する。

第１０図において、雌ロータ１のピッチ円２５上の同期
歯車のパラフラッフ量とロータ１，２間の必要最小クリ
ヤランス量の和をＣ８、前記熱膨張により変形したロー
タ歯形４９上の任意の点５８における動径の長さ５−５
８をＲ１動径と点５８に立てた歯形の法線とのなす角を
α、中心点５からピッチ円２３−１：での半径を％　と
すると、前記ロータ歯形４９上の任意の点５８は、パラ
フラッフ量を考慮したときの点５９になるっこのときの
点５８−５９の距離をＣとした場合、この距離Ｃは次式
で表わされる。

この式により熱膨張で変形したロータ歯形４９からバン
クランシ覇を考慮したロータ歯形５６が求められる。

次に、ロータ歯形５６からロータ歯形５７に変換するに
は、前記ロータ歯形４７からロータ歯形４Ｂに変換した
逆の手順で行なえばよいっこのように、パラフラッフ量
を考慮する理由は、同期装置として同期歯車などを用い
た場合、実働時の最適な噛合いを得るためには、同期歯
車に存在するパラフラッフ量を考慮するとより効果的で
あるっ このように、実働時の熱膨張した雌ロータ、雄ロータに
同期歯車のパラフラッフ量などを考慮するようにしたの
で実働時における両ロータ同志の接触防止を図ることが
できるため、スクリュー圧縮機の信頼性が向上する。勿
論、許容できる範ｐ■内の最小のパラフラッフ量を与え
ることにより性能向上を図ることができるっ 第１１図および第１２図は前記第一実施例および第二実
施例の手順とは異なる第三の実施例を示すもので、第１
１図および第１２図において、第１図〜第１０図と同一
符号のものは同一部分を示すっ この実施例においても、雄ロータ２を基準とし、雄ロー
タ２に基本歯形４７を与えるっ ２１はバアクラッシ量および熱膨張を考慮したロータ歯
形で、このロータ歯形６０は、基本歯形４７が熱膨張に
よって変形したロータ歯形４゛８に同期歯車のバックラ
ッシ＝敞やロータ１．２同志が噛合いの過程で接触しな
いために必要な最小のクリヤランス量などを加えたもの
である。６１は前記雄ロー′夕２の熱膨張とパラフラッ
フ量を考慮したロータ歯形６０によって創成される雌ロ
ータ１のロータ歯形、６２はロータ歯形６１を常温状態
に戻すことにより得られる雌ロータ１のロータ歯形を示
す。

このように雌ロータ１および雄ロータ２を形成すること
により、スクリュー圧縮機の実働状態においては、雌ロ
ータ１と雄ロータ２とのクリヤランスが同期歯車のバラ
クラフシやロータ同志が接触しブ、ｃいため必要な最小
のクリヤランスのみになるので、ガスの漏洩を極端に減
少できるため、スクリュー圧縮機の大幅な効率向上が図
れる。

また、ロータとケーシングとのクリヤランスもロータの
熱変形量が明確になるため、最小クリヤランスに設定で
きるっ 尚、本発明の第一、第二実施例および第三実施例におい
ては、実働時におけるロータ内、外部の軸方向の温度分
布を一定にしているが、作動流体、圧力条件などの実働
条件によってはロータの軸方向にかなりの温度勾配が存
在するうこのため、低温の吸込側における温度分布と高
温の吐出側における温度分布を考慮した場合、ロータ歯
形を外周側が吸込側から吐出側に向うに従って減少する
テーパ状に形成してもよい。

すなわち、第１５図に示す如（、吸込側（図示Ａ）の一
端から吐出側（図示Ｂ）の他端に向うに従って先細りに
なるようなテーパを形成するっまた、このテーパは雌ロ
ータ１．雄ロータ２又は両ロータにつけることも可能で
ある。

尚、本発明の第２図および第６図の実施例においては、
乾式のスクリーーロータに適用した場合について説明し
ているが、勿論、油冷式のスクリュー圧縮機に適用する
ことも可能である。

〔発明の効果〕

詳述した如く本発明のスクリーーロータによれば、雌ロ
ータと雄ロータの噛合うｍ形量の全域にわたって最小の
クリヤランスに保持できるため、スクリュー圧縮機など
の大幅な性能効率向ヒおよび信頓性の向上が図れるっ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すスクリューロータの基本
歯形の軸直角断面図、第２図は第１図の拡大図、第５図
は雄ロータの歯先チップの詳細を示す図である、 第４図は本発明のスクリューロータにおける基本歯形を
説明するための図、第５図〜第８図は本発明のスクリュ
ーロータにおける第一の実施例を示し、スクリューロー
タ歯形を求めるための手順を説、明するための図、第９
図および第１０図は本発明のスクリューロータにおける
第二の実施例ヲ示し７、スクリューロータ歯形を求める
ための手順を観、明するための図　第１１図および第１
２図はオ・発明のスクリューロータにおける第三の実施
例を示し、スクリューロータ歯形を求めるための手Ｉｌ
ｌを説明するための図、第１５図は本発明のスフ１）１
−　ロータにおれる他の実施例を説明するための側１苗
図であるっ １・・・雌ロータ、２・・・雄ロータ、２ろ、２４・・
・ピッチ円、７・・・雌ロータの前進面第１フランク、
８・・・雌ロータの前進面第２フランク、１０・・雌ロ
ータの後進間第１フランク、１１・・・雌ロータの後進
間第２フランク、２５．２４・・・ピッチ円、４６．４
７・・・基本歯形っ 牙１ｍ ３ ］′ｚ図 １ 才３０ ツー４−　区１ １′ｋ　　図 才ｂ　固 ＼ ＼ ＼２１、 〜＼ 」−８する オ’ＩＩＡ Ｍ’　＋ｏ　１７Ｊ ＼ ／ 才ＩＩ圀 ５１５− 才　）Ｚ　ｍ ／２３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平行な二軸の回りを回転する雌ロータおよび雄ロー
   タから成るスクリューロータにおいて、常温時に前記雌
   ロータの前進面フ、ランクを、二次曲線により形成され
   る前進面第１フランクと、前記雌ロータのピッチ円内に
   中心をもつ半径Ｒ，の円弧により形成される前進ｍ１第
   ２フランクとから構成１−１前記雌ロータの後進面フラ
   ンクを、前記−軸を結ぶ直糾す角度φだけｆｌ、Ｔ＋斜
   し、かつビッヂ点から引いた線上に中心をもつ半径Ｉｔ
   ４の円弧で形成した雄ロータの突起先端部により創成さ
   れる後進面第１フランクと雌ロータのピッチ円内に中心
   をもつ半径Ｒ３の円弧により形成される後進面第２フラ
   ンクとから構成し、前δｉｐ　ｔｊｔロータを雌ロータ
   の前進面および後進面フランクの軌跡創成により実質的
   に形成するようにした一対のロータ歯形を基本歯形に規
   定し、雌ロータおよび雄ロータのいずれか一方のロータ
   歯形に前記基本歯形を採用し、この一方の基本歯形がロ
   ータの実働時の熱彰脹によって変形したロータ歯形を求
   め、この日−タ歯形によって創成される他方のロータ歯
   形を求め、このロータ歯形を常温状態に戻したロータ歯
   形を他方のロータ歯形としたことを特徴とするスクリュ
   ーロータっ ２　前記雌ロータの前進面第１フランクの二次曲線を、
   雌ロータのピンチ円の内側に焦点をもつ放物線により形
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のス
   クリューロータ。 弧により形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のスクリューロータ。 ４、平行な二軸の回りを回転する雌ロータおよび雉ロー
   タから成るスクリューロータにおいて、常温−前記雌ロ
   ータの前進面フランクを、二次曲線により形成される前
   進面第１フランクと、前記雌ロータのピッチ円内に中心
   をもつ半径Ｒ８の円弧により形成される前進面第２フラ
   ンクとから構成し、前記雌ロータの後進面フランクを、
   前記二軸を結ぶ直線と角度φだけ傾斜し、かつピッチ点
   から引いた線上に中心をもつ半径１ｔ、の円弧で形成し
   た雄ロータの突起先端部により創成される後進面第１フ
   ランクと雌ロータのピッチ内に中心をもつ半径几、の円
   弧により形成される後進面第２フランクとから構成し、
   前記雄ロータを雌ロータの前進面および後進面フランク
   の軌跡創成により実質的に形成するようにした一対のロ
   ータ歯形を基本歯形に規定し、雌ロータおよび雄ロータ
   のいずれか一方のロータ歯形に前記基本歯形を採用し、
   この一方の基本歯形がロータの実働時の熱膨張によって
   変形１．２だロータ歯形を求め、このロータ歯形によっ
   て創成される他方のロータ歯形を求め、この他方のロー
   タ歯形から同期装置のバラクラランｒ斤ｔ、（、どを減
   じたロータ歯形を求め、このロータ歯形を常温状態に戻
   したロータ歯形を他方のロータ歯形としたことを特徴と
   するスクリューロータ。 ５、　前記雌ロータの前進面第１フランクの二次曲線を
   、雌ロータのピッチ内の内側に焦点をもつ放物線により
   形成したことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   スフ’ｌ　ｘ−ロータっ弧により形成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載のスクリーーロータっ Ｚ　平行な二軸の回りを回転する雌ロータおより形成さ
   れる前進面第１フランクと、前記雌ロータのピンチ円内
   に中心をもつ半径Ｒ２の円弧により形成される前進面第
   ２フランクとから構成し、前記雌ロータの後進面フラン
   クを、前記二軸を結ぶ直線と角度φだけ傾斜し、かつピ
   ッチ点から引いた線上に中心をもつ半径Ｒ４の円弧で形
   成した雄ロータの突起先端部により創成される後進面第
   １フランクと雌ロータのピッチ内に中心をもつ半径Ｒ３
   の円弧により形成される後進面第２フランクとから構成
   し、前記雄ロータを雌ロータの前進面および後進面フラ
   ンクの軌跡創成により実質的に形成するようにした一対
   のロータ歯形を基′本田形に規定し、雌ロータおよび雄
   ロータのいずれが一方のロータ歯形に前記基本歯形を採
   用し、この一方の基本歯形にロータの実働時の熱膨張量
   と同期装置のバックラッシ量などを加えたロータ歯形を
   求め、このロータ歯形によって創成される他方のロータ
   歯形を求め、このロータ歯形を常温状態に戻したロータ
   歯形を他方のロータ歯形とじたこンを特徴とするスクリ
   ーーロータっ ８　前記雌ロータの前進面第１フランクの二次曲線を、
   雌ロータのピッチ円の内側に焦点をもつ放物線により形
   成したことを特徴とする特許請求の範りｍ第７項記載の
   スクリューロータ。 弧により形成したことを特徴とする特許請求の範囲第７
   項記載のスクリーーロータっ