KR100976112B1 - 스크루 펌프 및 스크루 로터 - Google Patents

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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

제 1 스크루 로터 (17) 의 톱니형의 축 수직 단면은 톱니 선단 원호 (A1B1), 톱니 바닥 원호 (C1D1), 제 1 곡선 (A1C1) 및 제 2 곡선 (B1D1) 을 포함한다. 제 1 곡선 (A1C1) 은 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 1 단 (A1) 을, 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 제 2 단 (C1) 에 연결하는 제 1 트로코이드 곡선이다. 제 2 곡선 (B1D1) 은 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 2 단 (B1) 을, 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 제 1 단 (D1) 에 연결한다. 제 2 곡선 (B1D1) 은 제 1 교점 (E1) 에 있어서 서로 연속되는 인벌루트 곡선 (B1E1) 과 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 으로 이루어지는 복합 곡선이다. 따라서, 스크루 펌프 (11) 는 유체 누출의 억제가 우수하다.
스크루 펌프, 스크루 로터

Description

스크루 펌프 및 스크루 로터{SCREW PUMP AND SCREW ROTOR}
본 발명은 한 쌍의 스크루 로터의 회전에 의해, 유체를 하우징 내에 흡입하고, 그리고 하우징 외로 토출하는 스크루 펌프에 관한 것이다. 또한 본 발명은 스크루 펌프에 있어서의 스크루 로터에 관한 것이다.
특허 문헌 1 이 개시하는 스크루 펌프는 서로 맞물리는 한 쌍의 스크루 로터를 갖는다. 이들 스크루 로터가 회전함으로써, 스크루 펌프는 유체를 이송한다.
도 11 에 나타내는 바와 같이, 제 1 종래 스크루 로터 (90A) 의 톱니형의 축 수직 단면은 제 2 종래 스크루 로터 (90B) 의 톱니형의 축 수직 단면과 같은 형상 같은 사이즈이다. 제 1 종래 스크루 로터 (90A) 의 톱니형의 축 수직 단면은 제 1 종래 스크루 로터 (90A) 의 회전 축선에 수직인 가상 평면 상에 있어서의, 제 1 종래 스크루 로터 (90A) 의 톱니형의 형상이다. 제 1 종래 스크루 로터 (90A) 의 톱니형의 축 수직 단면은 톱니 선단 원호 (Q1R1), 톱니 바닥 원호 (S1T1), 제 1 곡선 (S1Q1) 및 제 2 곡선 (T1R1) 을 포함한다. 제 1 곡선 (S1Q1) 은 톱니 바닥 원호 (S1T1) 의 제 1 단 (S1) 을, 톱니 선단 원호 (Q1R1) 의 제 1 단 (Q1) 에 연결한다. 제 2 곡선 (T1R1) 은 톱니 바닥 원호 (S1T1) 의 제 2 단 (T1) 을, 톱니 선단 원호 (Q1R1) 의 제 2 단 (R1) 에 연결한다.
제 2 종래 스크루 로터 (90B) 의 톱니형의 축 수직 단면은 톱니 선단 원호 (Q2R2), 톱니 바닥 원호 (S2T2), 제 1 곡선 (S2Q2) 및 제 2 곡선 (T2R2) 을 포함한다. 제 1 곡선 (S2Q2) 은 톱니 바닥 원호 (S2T2) 의 제 1 단 (S2) 을, 톱니 선단 원호 (Q2R2) 의 제 1 단 (Q2) 에 연결한다. 제 2 곡선 (T2R2) 은 톱니 바닥 원호 (S2T2) 의 제 2 단 (T2) 을, 톱니 선단 원호 (Q2R2) 의 제 2 단 (R2) 에 연결한다.
제 1 종래 스크루 로터 (90A) 의 제 1 곡선 (S1Q1) 은 트로코이드 곡선 (U1S1) 과 접속부 (Q1U1) 를 포함한다. 트로코이드 곡선 (U1S1) 은 제 2 종래 스크루 로터 (90B) 가 제 1 종래 스크루 로터 (90A) 의 둘레를 전동 (轉動) 한 경우의, 톱니 선단 원호 (Q2R2) 의 제 1 단 (Q2) 의 궤적에 의해 창생 (創生) 된다. 접속부 (Q1U1) 는 트로코이드 곡선 (U1S1) 의 일단 (U1) 을, 톱니 선단 원호 (Q1R1) 의 제 1 단 (Q1) 에 연결하는 직선이다. 제 2 곡선 (T1R1) 은 외측 원호 (R1W1), 인벌루트 곡선 (W1Y1) 및 내측 원호 (Y1T1) 를 포함한다. 인벌루트 곡선 (W1Y1) 은 외측 원호 (R1W1) 와 내측 원호 (Y1T1) 사이에 위치한다. 외측 원호 (R1W1) 는 톱니 선단 원호 (Q1R1) 에 연결되고, 내측 원호 (Y1T1) 는 톱니 바닥 원호 (S1T1) 에 연결된다.
마찬가지로, 제 2 종래 스크루 로터 (90B) 의 제 1 곡선 (S2Q2) 은 트로코이드 곡선 (U2S2) 과, 직선인 접속부 (Q2U2) 를 포함한다. 제 2 곡선 (T2R2) 은 외측 원호 (R2W2), 인벌루트 곡선 (W2Y2) 및 내측 원호 (Y2T2) 를 포함한다.
제 1 및 제 2 종래 스크루 로터 (90A, 90B) 는 스크루 펌프의 하우징과는 비접촉이다. 또한, 제 1 및 제 2 종래 스크루 로터 (90A, 90B) 끼리도 서로 비접촉이기 때문에, 잠재적으로 유체 누출 (가스 누출) 의 문제가 있다. 제 1 및 제 2 종래 스크루 로터 (90A, 90B) 의 톱니형은 유체 누출을 억제하는 목적으로 생각된 것인데, 유체 누출의 추가적인 억제가 바람직하다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2005-351238호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명의 목적은 유체 누출의 억제가 우수한 스크루 펌프 및 스크루 로터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 하우징과, 하우징에 수용되는 제 1 스크루 로터와 제 2 스크루 로터를 구비하는 스크루 펌프가 제공된다. 제 1 스크루 로터와 제 2 스크루 로터는 서로 맞물리는 방향으로 회전한다. 제 1 스크루 로터와 제 2 스크루 로터가 회전함으로써, 유체가 하우징 내에 흡입되고, 그리고 하우징 외로 토출된다. 제 1 스크루 로터와 제 2 스크루 로터 각각의 톱니형의 축 수직 단면은 제 1 원호부, 제 2 원호부, 제 1 곡선부 및 제 2 곡선부를 포함한다. 제 1 원호부와 제 2 원호부는 각각 제 1 단과 제 2 단을 갖는다. 제 2 원호부의 곡률 반경은 제 1 원호부의 곡률 반경보다 작다. 제 1 곡선부는 제 1 원호부의 제 1 단을 제 2 원호부의 제 1 단에 연결한다. 제 2 곡선부는 제 1 원호부의 제 2 단을 제 2 원호부의 제 2 단에 연결한다. 제 1 스크루 로터의 제 1 곡선부는 제 2 스크루 로터의 제 1 원호부의 제 1 단에 의해 창생되는 제 1 트로코이드 곡선이다. 제 1 스크루 로터의 제 2 곡선부는 서로 연속되는 인벌루트 곡선과 제 2 트로코이드 곡선을 포함한다. 인벌루트 곡선은 제 1 스크루 로터의 제 1 원호부의 제 2 단에 연속된다. 제 2 트로코이드 곡선은 제 2 스크루 로터의 제 1 원호부의 제 2 단에 의해 창생된다. 제 2 스크루 로터의 제 1 곡선부는 제 1 스크루 로터의 제 1 원호부의 제 1 단에 의해 창생되는 제 1 트로코이드 곡선이다. 제 2 스크루 로터의 제 2 곡선부는 서로 연속되는 인벌루트 곡선과 제 2 트로코이드 곡선을 포함한다. 인벌루트 곡선은 제 2 스크루 로터의 제 1 원호부의 제 2 단에 연속된다. 제 2 트로코이드 곡선은 제 1 스크루 로터의 제 1 원호부의 제 2 단에 의해 창생된다.
제 1 스크루 로터의 회전 축선을, 제 1 축선이라고 칭할 수 있다. 제 2 스크루 로터의 회전 축선을, 제 2 축선이라고 칭할 수 있다. 제 1 축선을 중심으로 하는 제 1 스크루 로터의 제 1 원호부의 각도와, 제 1 축선을 중심으로 하는 제 1 스크루 로터의 제 2 원호부의 각도와, 제 2 축선을 중심으로 하는 제 2 스크루 로터의 제 1 원호부의 각도와, 제 2 축선을 중심으로 하는 제 2 스크루 로터의 제 2 원호부의 각도는 모두 동일하게 설정할 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 스크루 펌프에 있어서의 스크루 로터가 제공될 수 있다. 스크루 로터는 제 1 스크루 로터와 제 2 스크루 로터 중 어느 일방이다.
「제 1 스크루 로터의 톱니형의 축 수직 단면」이란, 제 1 스크루 로터의 회전 축선에 수직인 가상 평면 상에 있어서의, 제 1 스크루 로터의 톱니형의 단면 형상이다. 「제 2 스크루 로터의 톱니형의 축 수직 단면」이란, 제 2 스크루 로터의 회전 축선에 수직인 가상 평면 상에 있어서의, 제 2 스크루 로터의 톱니형의 단면 형상이다. 본 발명의 톱니형은 톱니 선단면의 축 방향 치수 (회전 축선을 따른 치수) 를 증대시킨다. 톱니 선단면은 제 1 원호부에 의해 형성되는 원주면이고, 톱니 바닥면은 제 2 원호부에 의해 형성되는 원주면이다. 톱니 선단면의 축 방향 치수가 증대됨으로써, 하우징과 톱니 선단면 사이로부터의 유체 누출이 감소된다.
도 1 은 본 발명을 구체화한 제 1 실시형태에 관련된 스크루 펌프를 나타내는 평단면도이다.
도 2(a) 는 도 1 의 A-A 선 단면도이다. 도 2(b) 는 도 2(a) 상태에서 제 1 스크루 로터 및 제 2 스크루 로터를 각각 180°회전시킨 상태를 나타내는 단면도이다. 도 2(c) 는 도 1 의 부분 확대도이다.
도 3 은 도 2(a) 에 나타내는 제 1 스크루 로터와 제 2 스크루 로터 각각의 축 수직 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 제 1 스크루 로터와 제 2 스크루 로터에 관한, 외원, 내원, 피치원 및 중심점의 모식도이다.
도 5 는 인벌루트 곡선을 나타내는 도 4 의 확대도이다.
도 6 은 인벌루트 곡선과 제 2 트로코이드 곡선을 나타내는 도 5 의 확대도이다.
도 7 은 제 1 트로코이드 곡선을 나타내는 모식도이다.
도 8(a) 는 제 1 곡선부끼리가 맞물린 상태의 모식도, 도 8(b) 는 제 2 곡선부끼리가 맞물린 상태의 확대도이다.
도 9(a), 9(b), 9(c) 는 제 1 스크루 로터 및 제 2 스크루 로터의 톱니형의 실시예를 나타내는 축 수직 단면도이다. 도 9(d), 9(e), 9(f) 는 제 1 종래 스크루 로터 및 제 2 종래 스크루 로터의 톱니형의 비교예를 나타내는 축 수직 단면도이다.
도 10(a) 는 본 발명의 제 2 실시형태의 제 1 스크루 로터 및 제 2 스크루 로터의 톱니형을 나타내는 축 수직 단면도이다. 도 10(b) 는 도 10(a) 의 부분 평단면도이다.
도 11 은 종래의 한 쌍의 스크루 로터를 나타내는 축 수직 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
도 1 ∼ 도 9 는 본 발명을 구체화한 제 1 실시형태를 나타낸다.
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 스크루 펌프 (11) 를 나타낸다. 스크루 펌프 (11) 는 유체로서의 가스를 이송한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 스크루 펌프 (11) 의 하우징은 로터 하우징 (12), 프런트 하우징 (13) 및 리어 하우징 (14) 을 포함한다. 통 형상의 로터 하우징 (12) 의 전단 (前端) (도 1 의 좌 방) 에, 덮개 형상의 프런트 하우징 (13) 이 접합된다. 로터 하우징 (12) 의 후단 (도 1 의 우방) 에, 판 형상의 리어 하우징 (14) 이 접합된다. 리어 하우징 (14) 은 단차 (段差) 형상의 장착 구멍 (14a) 을 갖는다. 장착 구멍 (14a) 에는 베어링체 (15) 가 삽입 통과되고, 베어링체 (15) 는 리어 하우징 (14) 에 볼트 체결되어 있다. 베어링체 (15) 는 전방으로 평행하게 연장되는 제 1 통부 (160) 와 제 2 통부 (161) 를 갖는다. 제 1 및 제 2 통부 (160, 161) 는 각각 로터 하우징 (12) 내에 위치한다.
제 1 통부 (160) 는 제 1 지지 구멍 (190) 을 갖고, 제 2 통부 (161) 는 제 2 지지 구멍 (191) 을 갖는다. 제 1 지지 구멍 (190) 과 제 2 지지 구멍 (191) 은 각각 베어링체 (15) 를 관통한다. 제 1 지지 구멍 (190) 에는 구동 샤프트 (20) 가 삽입되고, 제 2 지지 구멍 (191) 에는 종동 샤프트 (21) 가 삽입된다. 한 쌍의 제 1 롤 베어링 (240) 은 구동 샤프트 (20) 를 베어링체 (15) 에 대하여 회전할 수 있도록 지지한다. 한 쌍의 제 2 롤 베어링 (241) 은 종동 샤프트 (21) 를 베어링체 (15) 에 대하여 회전할 수 있도록 지지한다. 제 1 통부 (160) 의 중심 축선은 구동 샤프트 (20) 의 회전 축선인 제 1 축선 (171) 에 일치한다. 제 2 통부 (161) 의 중심 축선은 종동 샤프트 (21) 의 회전 축선인 제 2 축선 (181) 에 일치한다. 구동 샤프트 (20) 및 종동 샤프트 (21) 각각의 전단 (도 1 의 좌방) 은 제 1 및 제 2 지지 구멍 (190, 191) 으로부터 돌출되어 있다.
로터 하우징 (12) 내에는 제 1 스크루 로터 (17) 와 제 2 스크루 로터 (18) 가 배치되어 있다. 제 1 스크루 로터 (17) 의 전단 (도 1 의 좌방) 은 연결판 (23) 을 개재하여, 구동 샤프트 (20) 의 전단에 볼트 고정되어 있다. 제 2 스크루 로터 (18) 의 전단은 다른 연결판 (23) 을 개재하여, 종동 샤프트 (21) 의 전단에 볼트 고정되어 있다. 즉, 제 1 스크루 로터 (17) 는 구동 샤프트 (20) 와 일체 회전한다. 제 2 스크루 로터 (18) 는 종동 샤프트 (21) 와 일체 회전한다. 제 1 스크루 로터 (17) 는 제 1 회전 방향 (X) 으로 회전되고, 제 2 스크루 로터 (18) 는 제 2 회전 방향 (Z) 으로 회전된다. 제 1 회전 방향 (X) 과 제 2 회전 방향 (Z) 은 서로 역방향이다. 도 2 에 있어서 제 1 회전 방향 (X) 은 반시계 회전 방향이고, 제 2 회전 방향 (Z) 은 시계 회전 방향이다.
제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 는 각각 유체 이송체로서의 나사 톱니바퀴이다. 즉, 제 1 스크루 로터 (17) 에는 구동 톱니 (17A) 가 형성되고, 제 2 스크루 로터 (18) 에는 종동 톱니 (18A) 가 형성되어 있다. 제 1 스크루 로터 (17) 는 구동 톱니 (17A) 사이에 존재하는 구동 나사 홈 (17a) 을 갖고, 제 2 스크루 로터 (18) 는 종동 톱니 (18A) 사이에 존재하는 종동 나사 홈 (18a) 을 갖는다. 제 1 스크루 로터 (17) 의 축 방향이란, 제 1 스크루 로터 (17) 의 회전 축선인 제 1 축선 (171) 의 방향이고, 제 2 스크루 로터 (18) 의 축 방향이란, 제 2 스크루 로터 (18) 의 회전 축선인 제 2 축선 (181) 의 방향이다.
제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 는 구동 톱니 (17A) 가 종동 나사 홈 (18a) 에 들어가도록, 또한 종동 톱니 (18A) 가 구동 나사 홈 (17a) 에 들어가도록 하여 로터 하우징 (12) 내에 수납되어 있다. 즉, 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 는 양자 사이에 밀폐 공간을 만들도록 구성되어 있 다. 제 1 및 제 2 스크루 로터 (17, 18) 각각과, 로터 하우징 (12) 의 내주면 (121) 사이에는 8 자 형상의 펌프실 (10) 이 구획 형성된다.
구동 톱니 (17A) 의 두께는 제 1 스크루 로터 (17) 의 전단 (도 1 의 좌방) 에서 후단 (도 1 의 우방) 을 향하여 점차 감소되고, 후단 부근에서는 일정값이다. 마찬가지로, 종동 톱니 (18A) 의 두께도, 제 2 스크루 로터 (18) 의 전단 (도 1 의 좌방) 에서 후단 (도 1 의 우방) 을 향하여 점차 감소되고, 후단 부근에서는 일정값이다. 즉, 구동 톱니 (17A) 의 간격, 즉, 구동 나사 홈 (17a) 의 폭은 제 1 스크루 로터 (17) 의 전단에서 후단을 향하여 점차 감소되고, 후단 부근에서는 일정값이다. 마찬가지로, 종동 톱니 (18A) 의 간격, 즉, 종동 나사 홈 (18a) 의 폭도, 제 2 스크루 로터 (18) 의 전단에서 후단을 향하여 점차 감소되고, 후단 부근에서는 일정값이다.
리어 하우징 (14) 의 후단에는 바닥이 있는 통 형상의 기어 하우징 (22) 이 조립 고정되어 있다. 기어 하우징 (22) 내에는 구동 샤프트 (20) 및 종동 샤프트 (21) 의 후단 (도 1 에서는 우측단) (20a, 21a) 이 각각 돌출되어 있다. 후단 (20a, 21a) 에는 한 쌍의 타이밍 기어 (25) 가 서로 맞물린 상태에서 고정되어 있다. 기어 하우징 (22) 에는 구동원인 전동 모터 (26) 가 장착되어 있다. 전동 모터 (26) 의 출력 샤프트 (26a) 는 축 커플링 (27) 을 개재하여 구동 샤프트 (20) 의 후단 (20a) 에 연결되어 있다.
프런트 하우징 (13) 의 중앙부에는 흡입구 (28) 가 형성되어 있다. 로터 하우징 (12) 의 후단에는 토출구 (29) 가 형성되어 있다. 흡입구 (28) 와 토출 구 (29) 는 각각 펌프실 (10) 에 연통된다.
전동 모터 (26) 가 구동하면, 출력 샤프트 (26a) 및 축 커플링 (27) 을 개재하여, 구동 샤프트 (20) 가 회전된다. 그 결과, 한 쌍의 타이밍 기어 (25) 의 맞물림 연결을 통해, 종동 샤프트 (21) 는 구동 샤프트 (20) 와는 상이한 방향으로 회전한다. 즉, 제 1 스크루 로터 (17) 와 제 2 스크루 로터 (18) 도 회전한다. 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 의 회전에 의해, 흡입구 (28) 로부터 펌프실 (10) 에 가스가 흡입된다. 펌프실 (10) 의 가스는 토출구 (29) 로 이송되고, 토출구 (29) 로부터 펌프실 (10) 외부로 토출된다.
다음으로, 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 의 톱니형을, 상세하게 설명한다.
도 3 은 제 1 스크루 로터 (17) 의 톱니형의 축 수직 단면과, 제 2 스크루 로터 (18) 의 톱니형의 축 수직 단면을 나타낸다. 제 1 스크루 로터 (17) 의 톱니형의 축 수직 단면은 제 1 스크루 로터 (17) 의 축 방향에 수직인 가상 평면 상에 있어서의, 제 1 스크루 로터 (17) 의 톱니형의 단면 형상을 나타낸다. 제 2 스크루 로터 (18) 의 톱니형의 축 수직 단면은 제 1 스크루 로터 (17) 의 톱니형의 축 수직 단면과 같은 형상 같은 사이즈이다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 축선 (171) 과 제 2 축선 (181) 사이의 거리인 L 은 구동 샤프트 (20) 와 종동 샤프트 (21) 의 피치간 거리 (L) 를 나타낸다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 축선 (171) 상의 제 1 중심점 (P1) 과 제 2 축선 (181) 상의 제 2 중심점 (P2) 사이의 거리는 피치간 거리 (L) 이다.
제 1 스크루 로터 (17) 의 톱니형의 축 수직 단면은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1), 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1), 구동 제 1 곡선 (A1C1) 및 구동 제 2 곡선 (B1D1) 을 포함한다. 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 는 제 1 중심점 (P1) 을 중심으로 하여 제 1 단 (A1) 에서부터 제 2 단 (B1) 에 이르는 제 1 원호부이다. 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 는 제 1 중심점 (P1) 을 중심으로 하여 제 1 단 (C1) 에서부터 제 2 단 (D1) 에 이르는 제 2 원호부이다. 구동 제 1 곡선 (A1C1) 은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 1 단 (A1) 을, 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 제 1 단 (C1) 에 연결하는 제 1 곡선부이다. 구동 제 2 곡선 (B1D1) 은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 2 단 (B1) 을, 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 제 2 단 (D1) 에 연결하는 제 2 곡선부이다.
구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 와 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 는 제 1 중심점 (P1) 을 사이에 둔다. 제 1 중심점 (P1) 에 대하여, 제 1 단 (A1) 과 제 1 단 (C1) 은 동일한 측 (도 2(a) 에 있어서 좌측) 에 존재하고, 제 2 단 (B1) 과 제 2 단 (D1) 은 반대측 (도 2(a) 에 있어서 우측) 에 존재한다. 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 곡률 반경 (R2) 은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 곡률 반경 (R1) 보다 작다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 2 스크루 로터 (18) 의 톱니형의 축 수직 단면은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2), 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2), 종동 제 1 곡선 (A2C2) 및 종동 제 2 곡선 (B2D2) 을 포함한다. 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 는 제 2 중심점 (P2) 을 중심으로 하여 제 1 단 (A2) 에서부터 제 2 단 (B2) 에 이 르는 제 1 원호부이다. 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 는 제 2 중심점 (P2) 을 중심으로 하여 제 1 단 (C2) 에서부터 제 2 단 (D2) 에 이르는 제 2 원호부이다. 종동 제 1 곡선 (A2C2) 은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 제 1 단 (A2) 을, 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 제 1 단 (C2) 에 연결하는 제 1 곡선부이다. 종동 제 2 곡선 (B2D2) 은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 제 2 단 (B2) 을, 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 제 2 단 (D2) 에 연결하는 제 2 곡선부이다.
종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 와 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 는 제 2 중심점 (P2) 을 사이에 둔다. 제 2 중심점 (P2) 에 대하여, 제 1 단 (A2) 과 제 1 단 (C2) 은 동일한 측 (도 2(a) 에 있어서 우측) 에 존재하고, 제 2 단 (B2) 과 제 2 단 (D2) 은 반대측 (도 2(a) 에 있어서 좌측) 에 존재한다. 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 곡률 반경 (R2) 은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 곡률 반경 (R1) 보다 작다.
도 3 은 제 1 중심점 (P1) 과 제 2 중심점 (P2) 을 통과하는 가상 직선 (M) 을 나타낸다. 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 1 단 (A1) 과 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 제 1 단 (A2) 은 가상 직선 (M) 상에 위치하고 있다. 구동 제 1 곡선 (A1C1) 은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 제 1 단 (A2) 의 궤적에 의해 창생되는 트로코이드 곡선 (구동 제 1 트로코이드 곡선) 이다. 종동 제 1 곡선 (A2C2) 은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 1 단 (A1) 의 궤적에 의해 창생되는 트로코이드 곡선 (종동 제 1 트로코이드 곡선) 이다.
구동 제 2 곡선 (B1D1) 은 제 1 교점 (E1) 에 있어서 서로 연속되는 구동 인 벌루트 곡선 (B1E1) 과 구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 으로 이루어지는 복합 곡선이다. 구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 2 단 (B1) 에 연속된다. 구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 은 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 제 2 단 (D1) 에 연속된다.
마찬가지로, 종동 제 2 곡선 (B2D2) 은 제 2 교점 (E2) 에 있어서 서로 연속되는 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 과 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 으로 이루어지는 복합 곡선이다. 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 제 2 단 (B2) 에 연속된다. 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 은 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 제 2 단 (D2) 에 연속된다.
구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 은 도 4 에 나타내는 제 1 기초원 (Co1) 에 의해 형성된다. 제 1 기초원 (Co1) 은 제 1 중심점 (P1) 을 중심점으로 한다. 제 1 기초원 (Co1) 의 반경인 인벌루트 반경 (Ro) 은 피치간 거리 (L) 의 절반인 피치 반경 r ＝ L/2 보다 짧다 (Ro ＜ r). 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 은 도 4 에 나타내는 제 2 기초원 (Co2) 에 의해 형성된다. 제 2 기초원 (Co2) 은 제 2 중심점 (P2) 을 중심점으로 하여 인벌루트 반경 (Ro) 을 갖는다.
구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 제 2 단 (B2) 의 궤적에 의해 창생된다. 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 2 단 (B1) 의 궤적에 의해 창생된다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 중심점 (P1) 둘레의 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 각도와, 제 2 중심점 (P2) 둘레의 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 각도 를, 각각 제 1 각도 (θ1) 라고 칭한다. 제 1 중심점 (P1) 둘레의 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 각도와, 제 2 중심점 (P2) 둘레의 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 각도를, 각각 제 2 각도 (θ2) 라고 칭한다. 본 실시형태에서는 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 1 각도 (θ1) 는 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 제 1 각도 (θ1) 와 동등하다. 또한, 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 제 2 각도 (θ2) 는 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 제 2 각도 (θ2) 와 동등하다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 각도 (θ1) 와 제 2 각도 (θ2) 는 각각 180 도 미만이고 (θ1 ＜ 180°, θ2 ＜ 180°), 제 1 각도 (θ1) 는 제 2 각도 (θ2) 와 동등하게 설정되어 있다 (θ1 ＝ θ2).
도 2(c) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 스크루 로터 (17) 는 구동 톱니 (17A) 의 톱니 선단면인 구동 톱니 선단면 (172) 과, 구동 나사 홈 (17a) 의 톱니 바닥면인 구동 톱니 바닥면 (173) 을 갖는다. 구동 톱니 선단면 (172) 의 축 수직 단면은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 이고, 구동 톱니 바닥면 (173) 의 축 수직 단면은 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 이다. 구동 톱니 선단면 (172) 과 구동 톱니 바닥면 (173) 은 각각, 제 1 축선 (171) 을 따라 연장되는 나선 형상의 원주면이다.
마찬가지로, 제 2 스크루 로터 (18) 는 종동 톱니 (18A) 의 톱니 선단면인 종동 톱니 선단면 (182) 과, 종동 나사 홈 (18a) 의 톱니 바닥면인 종동 톱니 바닥면 (183) 을 갖는다. 종동 톱니 선단면 (182) 의 축 수직 단면은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 이고, 종동 톱니 바닥면 (183) 의 축 수직 단면은 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 이다. 종동 톱니 선단면 (182) 과 종동 톱니 바닥면 (183) 은 각각, 제 2 축선 (181) 을 따라 연장되는 나선 형상의 원주면이다.
제 1 스크루 로터 (17) 의 제 1 각도 (θ1) 가 제 2 각도 (θ2) 와 동등한 경우, 구동 톱니 선단면 (172) 의 축 방향 치수는 구동 톱니 바닥면 (173) 의 축 방향 치수와 거의 동등하다. 제 2 스크루 로터 (18) 의 제 1 각도 (θ1) 가 제 2 각도 (θ2) 와 동등한 경우, 종동 톱니 선단면 (182) 의 축 방향 치수는 종동 톱니 바닥면 (183) 의 축 방향 치수와 거의 동등하다. 구동 톱니 선단면 (172) 의 축 방향 치수는 제 1 축선 (171) 을 따른 치수이고, 종동 톱니 선단면 (182) 의 축 방향 치수는 제 2 축선 (181) 을 따른 치수이다.
도 2(c) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 스크루 로터 (17) 는 구동 톱니 (17A) 의 측면으로서의 구동 톱니 측면 (174) 을 갖고, 제 2 스크루 로터 (18) 는 종동 톱니 (18A) 의 측면으로서의 종동 톱니 측면 (184) 을 갖는다. 구동 톱니 측면 (174) 은 종동 톱니 측면 (184) 에 대향한다. 구동 톱니 측면 (174) 의 축 수직 단면은 구동 제 2 곡선 (B1D1) 이고, 종동 톱니 측면 (184) 의 축 수직 단면은 종동 제 2 곡선 (B2D2) 이다. 구동 톱니 측면 (174) 은 구동 톱니 선단면 (172) 을 구동 톱니 바닥면 (173) 에 연결하는 곡면이고, 종동 톱니 측면 (184) 은 종동 톱니 선단면 (182) 을 종동 톱니 바닥면 (183) 에 연결하는 곡면이다. 제 1 스크루 로터 (17) 와 제 2 스크루 로터 (18) 는 서로 비접촉인 상태에서 회전하는데, 구동 톱니 측면 (174) 과 종동 톱니 측면 (184) 사이에는 양자 사이의 클리어런스가 제로에 가까워짐으로써, 외관상 선 형상의 시일부가 발생한다.
도 2(c) 에 나타내는 바와 같이, 구동 톱니 선단면 (172) 과 구동 톱니 측면 (174) 사이의 각도는 구동 톱니 선단 각도 (α) 를 나타낸다. 종동 톱니 선단면 (182) 과 종동 톱니 측면 (184) 사이의 각도는 종동 톱니 선단 각도 (β) 를 나타낸다. 로터 하우징 (12) 의 내주면 (121) 과 구동 톱니 측면 (174) 사이의 각도는 제 1 클리어런스 각도 (γ) 를 나타낸다. 로터 하우징 (12) 의 내주면 (121) 과 종동 톱니 측면 (184) 사이의 각도는 제 2 클리어런스 각도 (δ) 를 나타낸다. 구동 톱니 선단 각도 (α) 는 둔각 (90°보다 크고, 180°미만인 각도) 이고, 제 1 클리어런스 각도 (γ) 는 예각 (90°미만의 각도) 이다. 종동 톱니 선단 각도 (β) 는 둔각이고, 제 2 클리어런스 각도 (δ) 는 예각이다. 본 실시형태에 있어서, 구동 톱니 선단 각도 (α) 는 종동 톱니 선단 각도 (β) 와 동등하고 (α ＝ β), 제 1 클리어런스 각도 (γ) 는 제 2 클리어런스 각도 (δ) 와 동등하다 (γ ＝ δ).
다음으로, 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 의 톱니형 각각의, 축 수직 단면의 제조 순서를 설명한다.
먼저, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 중심점 (P1), 제 2 중심점 (P2) 및 피치간 거리 (L) 를 결정한다. 제 1 중심점 (P1) 을 중심으로 하여 피치 반경 (r) 을 갖는 원을, 제 1 피치원 (C31) 이라고 칭한다. 제 2 중심점 (P2) 을 중심으로 하여 피치 반경 (r) 을 갖는 원을, 제 2 피치원 (C32) 이라고 칭한다. 피치 반경 r ＝ L/2 이다. 즉, 제 1 피치원 (C31) 과 제 2 피치원 (C32) 은 제 1 중심점 (P1) 과 제 2 중심점 (P2) 사이의 한가운데의 위치인 접점 (F) 에서 서로 접한다.
또한, 제 1 중심점 (P1) 을 중심으로 하여, 피치 반경 (r) 보다 큰 반경인 외반경 (R1) 을 갖는 제 1 외원 (C11) 과, 피치 반경 (r) 보다 작은 반경인 내반경 (R2) 을 갖는 제 1 내원 (C21) 을 결정한다 (R2 ＜ r ＜ R1). 마찬가지로, 제 2 중심점 (P2) 을 중심으로 하여, 외반경 (R1) 을 갖는 제 2 외원 (C12) 과 내반경 (R2) 을 갖는 제 2 내원 (C22) 을 결정한다. 피치간 거리 (L) 는 외반경 (R1) 과 내반경 (R2) 의 합이다 (L ＝ R1 ＋ R2 ＝ 2r).
다음으로, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 1 기초원 (Co1) 과 제 2 기초원 (Co2) 을 결정한다. 인벌루트 반경 (Ro) 의 값을, 피치 반경 (r) 미만으로 설정한다 (Ro ＜ r). 제 1 기초원 (Co1) 을 사용하여, 접점 (F) 을 통과하도록 구동 창생 인벌루트 곡선 (I1) 을 결정한다. 구동 창생 인벌루트 곡선 (I1) 과 제 1 외원 (C11) 의 교점은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 2 단 (B1) 이다. 마찬가지로, 제 2 기초원 (Co2) 을 사용하여, 접점 (F) 을 통과하도록, 종동 창생 인벌루트 곡선 (I2) 을 결정한다. 종동 창생 인벌루트 곡선 (I2) 과 제 2 외원 (C12) 의 교점은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 제 2 단 (B2) 이다.
다음으로, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 스크루 로터 (17) 와 제 2 스크루 로터 (18) 가 회전한 경우의, 제 2 단 (B2) 의 궤적에 의해, 구동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J1) 이 결정된다. 환언하면, 제 2 피치원 (C32) 이 제 1 피치원 (C31) 에 접하면서, 제 2 스크루 로터 (18) 가 제 1 스크루 로터 (17) 의 둘레를 전동함으로써, 구동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J1) 은 창생된다. 구동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J1) 과 제 1 내원 (C21) 의 교점은 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 제 2 단 (D1) 이다. 구동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J1) 과 구동 창생 인벌루트 곡선 (I1) 의 교점은 제 1 교점 (E1) 이다. 제 1 교점 (E1) 에 있어서, 구동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J1) 은 구동 창생 인벌루트 곡선 (I1) 에 연결된다. 제 2 단 (B1) 과 제 1 교점 (E1) 사이의 구동 창생 인벌루트 곡선 (I1) 의 부분은 구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 을 구성한다. 제 1 교점 (E1) 과 제 2 단 (D1) 사이의 구동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J1) 의 부분은 구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 을 구성한다. 제 1 교점 (E1) 에 있어서, 구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 의 접선은 구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 의 접선에 일치한다. 즉, 제 1 교점 (E1) 은 구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 과 구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 의 이음매이다.
마찬가지로, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 스크루 로터 (17) 와 제 2 스크루 로터 (18) 가 회전한 경우의, 제 2 단 (B1) 의 궤적에 의해, 종동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J2) 이 결정된다. 환언하면, 제 1 피치원 (C31) 이 제 2 피치원 (C32) 에 접하면서, 제 1 스크루 로터 (17) 가 제 2 스크루 로터 (18) 의 둘레를 전동함으로써, 종동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J2) 은 창생된다. 종동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J2) 과 제 2 내원 (C22) 의 교점은 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 제 2 단 (D2) 이다. 종동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J2) 과 종동 창생 인벌루트 곡선 (I2) 의 교점은 제 2 교점 (E2) 이다. 제 2 교점 (E2) 에 있어서, 종동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J2) 은 종동 창생 인벌루트 곡 선 (I2) 에 연결된다. 제 2 단 (B2) 과 제 2 교점 (E2) 사이의 종동 창생 인벌루트 곡선 (I2) 의 부분은 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 을 구성한다. 제 2 교점 (E2) 과 제 2 단 (D2) 사이의 종동 제 2 창생 트로코이드 곡선 (J2) 의 부분은 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 을 구성한다. 제 2 교점 (E2) 에 있어서, 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 의 접선은 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 의 접선에 일치한다. 즉, 제 2 교점 (E2) 은 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 과 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 의 이음매이다.
다음으로, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 1 중심점 (P1) 과 제 2 중심점 (P2) 을 통과하는 가상 직선 (M) 을 결정한다. 제 1 중심점 (P1) 과 제 2 중심점 (P2) 사이 이외에 있어서의, 가상 직선 (M) 과 제 1 외원 (C11) 의 교점이, 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 제 1 단 (A1) 이다. 마찬가지로, 제 1 중심점 (P1) 과 제 2 중심점 (P2) 사이 이외에 있어서의, 가상 직선 (M) 과 제 2 외원 (C12) 의 교점이, 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 제 1 단 (A2) 이다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 가 회전한 경우의, 제 2 스크루 로터 (18) 의 제 1 단 (A2) 의 궤적에 의해, 구동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K1) 이 결정된다. 환언하면, 제 2 피치원 (C32) 이 제 1 피치원 (C31) 에 접한 상태에서, 제 2 스크루 로터 (18) 가 제 1 스크루 로터 (17) 의 둘레를 전동함으로써, 구동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K1) 은 창생된다. 구동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K1) 은 제 1 스크루 로터 (17) 의 제 1 단 (A1) 을 통과한다. 구동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K1) 과 제 1 내 원 (C21) 의 교점은 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 제 1 단 (C1) 이다. 제 1 단 (A1) 과 제 1 단 (C1) 사이의 구동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K1) 의 부분은 구동 제 1 곡선 (A1C1) 을 구성한다.
마찬가지로, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 가 회전한 경우의, 제 1 스크루 로터 (17) 의 제 1 단 (A1) 의 궤적에 의해, 종동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K2) 이 결정된다. 환언하면, 제 1 피치원 (C31) 이 제 2 피치원 (C32) 에 접한 상태에서, 제 1 스크루 로터 (17) 가 제 2 스크루 로터 (18) 의 둘레를 전동함으로써, 종동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K2) 은 창생된다. 종동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K2) 은 제 2 스크루 로터 (18) 의 제 1 단 (A2) 을 통과한다. 종동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K2) 과 제 2 내원 (C22) 의 교점은 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 제 1 단 (C2) 이다. 제 1 단 (A2) 과 제 1 단 (C2) 사이의 종동 제 1 창생 트로코이드 곡선 (K2) 의 부분은 종동 제 1 곡선 (A2C2) 을 구성한다.
제 1 단 (A1) 과 제 2 단 (B1) 사이의 제 1 외원 (C11) 의 부분은 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 를 구성한다. 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 와 구동 제 1 곡선 (A1C1) 사이의 각도가 예각이 되도록, 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 는 결정된다. 제 1 단 (C1) 과 제 2 단 (D1) 사이의 제 1 내원 (C21) 의 부분은 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 를 구성한다. 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 와 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 가 제 1 중심점 (P1) 을 사이에 두도록, 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 는 결정된다. 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 곡률 반경은 외반경 (R1) 이고, 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 곡률 반경은 내반경 (R2) 이다.
마찬가지로, 제 1 단 (A2) 과 제 2 단 (B2) 사이의 제 2 외원 (C12) 의 부분은 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 를 구성한다. 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 와 종동 제 1 곡선 (A2C2) 사이의 각도가 예각이 되도록, 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 는 결정된다. 제 1 단 (C2) 과 제 2 단 (D2) 사이의 제 2 내원 (C22) 의 부분은 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 를 구성한다. 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 와 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 가 제 2 중심점 (P2) 을 사이에 두도록, 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 는 결정된다.
이와 같이 하여, 제 1 스크루 로터 (17) 와 제 2 스크루 로터 (18) 각각의 톱니형의 축 수직 단면의 제조 순서는 완료된다.
스크루 펌프 (11) 에 있어서, 제 1 스크루 로터 (17) 가 제 1 회전 방향 (X) 으로 회전하고, 또한, 제 2 스크루 로터 (18) 가 제 2 회전 방향 (Z) 으로 회전해 가면, 도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 스크루 로터 (18) 의 제 1 단 (A2) 은 구동 제 1 곡선 (A1C1) 을 따라 이동해 간다. 그 후, 제 1 스크루 로터 (17) 의 제 1 단 (A1) 은 종동 제 1 곡선 (A2C2) 을 따라 이동해 간다.
제 1 스크루 로터 (17) 와 제 2 스크루 로터 (18) 가 회전해 가면, 제 1 스크루 로터 (17) 의 제 2 단 (B1) 은 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 을 따라 이동해 간다. 그 후, 구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 은 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 에 맞물린다. 그 후, 도 8(b) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 스크루 로터 (18) 의 제 2 단 (B2) 은 구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 을 따라 이동해 간다.
도 9(a), 도 9(b) 및 도 9(c) 는 각각 본 발명의 제 1 스크루 로터 (17) 와 제 2 스크루 로터 (18) 의 톱니형의, 제 1, 제 2 및 제 3 실시예를 나타낸다. 도 9(d), 도 9(e) 및 도 9(f) 는 각각 도 11 에 나타내는 제 1 및 제 2 종래 스크루 로터 (90A, 90B) 의 톱니형의, 제 1, 제 2 및 제 3 비교예를 나타낸다. 도 9(a) ∼ 도 9(f) 모두, 피치 반경 (r) ＝ 40㎜, 외반경 (R1) ＝ 55.5㎜, 내반경 (R2) ＝ 24.5㎜ 로 설정되어 있다.
도 9(a), 도 9(d) 는 인벌루트 반경 (Ro) 이 내반경 (R2) 보다 작은 경우로 (Ro ＜ R2), Ro ＝ 16.75㎜ 이다. 도 9(b), 도 9(e) 는 인벌루트 반경 (Ro) 이 내반경 (R2) 과 동등한 경우로 (Ro ＝ R2), Ro ＝ 24.5㎜ 이다. 도 9(c), 도 9(f) 는 인벌루트 반경 (Ro) 이 내반경 (R2) 보다 크고, 또한, 피치 반경 (r) 보다 작은 경우로 (R2 ＜ Ro ＜ r), Ro ＝ 32.25㎜ 이다.
Ro ＝ 16.75㎜ 인 도 9(a) 의 제 1 실시예에서는 θ1 ＝ θ2 ＝ 130.67°이다. Ro ＝ 16.75㎜ 인 도 9(d) 의 제 1 비교예에서는 θ1 ＝ θ2 ＝ 126.9°이다. Ro ＝ 24.5㎜ 인 도 9(b) 의 제 2 실시예에서는 θ1 ＝ θ2 ＝ 149.43°이다. Ro ＝ 24.5㎜ 인 도 9(e) 의 제 2 비교예에서는 θ1 ＝ θ2 ＝ 143.85°이다.
Ro ＝ 32.25㎜ 인 도 9(c) 의 제 3 실시예에서는 θ1 ＝ θ2 ＝ 160°이다. Ro ＝ 32.25㎜ 인 도 9(f) 의 제 3 비교예에서는 θ1 ＝ θ2 ＝ 152.68°이다.
도 9(a) 의 제 1 실시예를, 도 9(d) 의 제 1 비교예와 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 인벌루트 반경 (Ro) 이 내반경 (R2) 보다 작은 경우 (Ro ＜ R2), 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 의 θ1, θ2 는 제 1 및 제 2 종래 스크루 로터 (90A, 90B) 의 θ1, θ2 보다 크다.
도 9(b) 의 제 2 실시예를, 도 9(e) 의 제 2 비교예와 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 인벌루트 반경 (Ro) 이 내반경 (R2) 과 동등한 경우 (Ro ＝ R2), 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 의 θ1, θ2 는 제 1 및 제 2 종래 스크루 로터 (90A, 90B) 의 θ1, θ2 보다 크다.
도 9(c) 의 제 3 실시예를, 도 9(f) 의 제 3 비교예와 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 인벌루트 반경 (Ro) 이 내반경 (R2) 보다 크고, 또한 피치 반경 (r) 보다 작은 경우 (R2 ＜ Ro ＜ r), 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 의 θ1, θ2 는 제 1 및 제 2 종래 스크루 로터 (90A, 90B) 의 θ1, θ2 보다 크다.
즉, 인벌루트 반경 (Ro) 이 피치 반경 (r) 보다 작은 경우 (Ro ＜ r), 제 1 스크루 로터 (17) 및 제 2 스크루 로터 (18) 의 θ1, θ2 는 제 1 및 제 2 종래 스크루 로터 (90A, 90B) 의 θ1, θ2 보다 크다. 인벌루트 반경 (Ro) 이 피치 반경 (r) 이상인 경우 (r ≤ Ro), 구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 은 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 에는 맞물리지 않는다.
제 1 실시형태는 이하의 이점을 갖는다.
(1) 구동 제 2 곡선 (B1D1) 은 구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 과 구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 으로 이루어지는 복합 곡선이다. 종동 제 2 곡선 (B2D2) 은 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 과 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 으로 이루어 지는 복합 곡선이다. 이것에 대하여, 도 11 에 나타내는 종래의 구동 제 2 곡선 (T1R1) 은 외측 원호 (R1W1), 인벌루트 곡선 (W1Y1) 및 내측 원호 (Y1T1) 로 이루어지는 복합 곡선이다. 따라서, 본 실시형태는 종래보다 구동 제 2 곡선 (B1D1) 의 길이와 종동 제 2 곡선 (B2D2) 의 길이를 짧게 할 수 있다. 그 결과, 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 둘레 방향 치수, 즉, 제 1 각도 (θ1) 와, 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 둘레 방향 치수, 즉, 제 2 각도 (θ2) 를 각각 증대시킬 수 있다. 또한, 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 둘레 방향 치수, 즉, 제 1 각도 (θ1) 와, 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 둘레 방향 치수, 즉, 제 2 각도 (θ2) 를 각각 증대시킬 수 있다.
구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 둘레 방향 치수가 증대되면, 구동 톱니 선단면 (172) 의 축 방향 치수가 증대된다. 그 결과, 구동 톱니 선단면 (172) 과 로터 하우징 (12) 의 내주면 (121) 사이의 시일 길이가 증대된다. 따라서, 이웃하는 펌프실 (10) 끼리 사이의 유체 누출을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 둘레 방향 치수가 증대되면, 종동 톱니 선단면 (182) 의 축 방향 치수가 증대된다. 그 결과, 종동 톱니 선단면 (182) 과 로터 하우징 (12) 의 내주면 (121) 사이의 시일 길이가 증대된다. 따라서, 이웃하는 펌프실 (10) 끼리 사이의 유체 누출을 효과적으로 억제할 수 있다.
(2) 구동 톱니 바닥 원호 (C1D1) 의 둘레 방향 치수가 증대되면, 구동 톱니 바닥면 (173) 의 축 방향 치수가 증대된다. 따라서, 구동 나사 홈 (17a) 의 가공성을 향상시킬 수 있다. 또한, 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 둘레 방향 치 수가 증대되면, 종동 톱니 바닥면 (183) 의 축 방향 치수가 증대된다. 따라서, 종동 나사 홈 (18a) 의 가공성을 향상시킬 수 있다.
(3) 제 1 스크루 로터 (17) 의 구동 톱니 측면 (174) 은 제 2 스크루 로터 (18) 의 종동 톱니 측면 (184) 에 대향한다. 구동 톱니 측면 (174) 과 구동 톱니 선단면 (172) 사이의 각도가 구동 톱니 선단 각도 (α) 이고, 종동 톱니 측면 (184) 과 종동 톱니 선단면 (182) 사이의 각도가 종동 톱니 선단 각도 (β) 이다. 제 1 스크루 로터 (17) 의 구동 톱니 측면 (174) 은 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 과 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 으로 이루어지는 복합 곡선인 종동 제 2 곡선 (B2D2) 에 의해 창생된다. 이에 대하여, 도 11 의 제 1 종래 스크루 로터 (90A) 의 구동 톱니 측면은 외측 원호 (R2W2), 인벌루트 곡선 (W2Y2) 및 내측 원호 (Y2T2) 로 이루어지는 복합 곡선인 제 2 곡선 (T2R2) 에 의해 창생된다. 따라서, 본 실시형태는 구동 톱니 선단 각도 (α) 를 종래보다 작게 할 수 있다. 즉, 본 실시형태는 제 1 클리어런스 각도 (γ) 를 종래보다 크게 할 수 있다. 즉, 제 1 클리어런스 각도 (γ) 를 종래보다 둔한 각도로 할 수 있다. 따라서, 스크루 펌프 (11) 가 이송하는 유체 (가스) 에 함유되는 반응 생성물 등의 이물질이, 로터 하우징 (12) 의 내주면 (121) 과 구동 톱니 선단면 (172) 사이에 들어가는 것을, 본 실시형태는 억제할 수 있다.
마찬가지로, 제 2 스크루 로터 (18) 의 종동 톱니 측면 (184) 은 구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 과 구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 으로 이루어지는 복합 곡선인 구동 제 2 곡선 (B1D1) 에 의해 창생된다. 이에 대하여, 도 11 의 제 2 종래 스크루 로터 (90B) 의 종동 톱니 측면은 외측 원호 (R1W1), 인벌루트 곡선 (W1Y1) 및 내측 원호 (Y1T1) 로 이루어지는 복합 곡선인 제 2 곡선 (T1R1) 에 의해 창생된다. 따라서, 본 실시형태는 종동 톱니 선단 각도 (β) 를 종래보다 작게 할 수 있고, 제 2 클리어런스 각도 (δ) 를 종래보다 크게 할 수 있다. 즉, 제 2 클리어런스 각도 (δ) 를 종래보다 둔한 각도로 할 수 있다. 따라서, 이송 유체 중의 이물질이, 로터 하우징 (12) 의 내주면 (121) 과 종동 톱니 선단면 (182) 사이에 들어가는 것을, 본 실시형태는 억제할 수 있다.
(4) 종동 인벌루트 곡선 (B2E2) 과 종동 제 2 트로코이드 곡선 (E2D2) 으로 이루어지는 복합 곡선인 종동 제 2 곡선 (B2D2) 이 구동 톱니 측면 (174) 을 창생하고, 또한, 구동 인벌루트 곡선 (B1E1) 과 구동 제 2 트로코이드 곡선 (E1D1) 으로 이루어지는 복합 곡선인 구동 제 2 곡선 (B1D1) 이 종동 톱니 측면 (184) 을 창생한다. 그 결과, 구동 톱니 측면 (174) 과 종동 톱니 측면 (184) 사이에 발생하는 선 형상의 시일부의 클리어런스를, 구동 톱니 바닥면 (173) 부근과 종동 톱니 바닥면 (183) 부근에서 넓게 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 스크루 펌프 (11) 에 있어서의 이물질의 끼임을 더욱 억제할 수 있다.
예를 들어, 도 11 의 인벌루트 곡선 (W1Y1) 은 톱니 선단 원호 (Q1R1) 에 직접 연결되지 못하고, 외측 원호 (R1W1) 를 개재하여 톱니 선단 원호 (Q1R1) 에 연결되어 있었다. 따라서, 종래에서는 이물질이, 톱니 바닥면 부근의 클리어런스에서부터 톱니 선단면과 톱니 바닥면 사이의 시일부를 향하여 모이기 쉬워, 이물질의 끼임이 발생하기 쉬웠다. 본 실시형태는 이와 같은 문제를 해결할 수 있다.
상기 실시형태는 이하와 같이 변경해도 된다.
구동 톱니 (17A) 의 두께 (축 방향 치수) 는 제 1 스크루 로터 (17) 의 전단에서 후단을 향하여 감소되는 것에 한정되지 않고, 제 1 스크루 로터 (17) 의 전단에서 후단에 걸쳐 일정해도 된다. 마찬가지로, 종동 톱니 (18A) 의 두께도, 제 2 스크루 로터 (18) 의 선단에서 후단에 걸쳐 일정해도 된다.
제 1 스크루 로터 (17) 의 구동 톱니 (17A) 와, 제 2 스크루 로터 (18) 의 종동 톱니 (18A) 는 각각 1 줄인 것에 한정되지 않고, 2 줄로 해도 된다.
제 1 및 제 2 각도 (θ1, θ2) 를 임의로 변경해도 된다. 예를 들어, 도 10(a) 에 나타내는 제 2 실시형태와 같이, 제 1 스크루 로터 (17) 의 제 1 각도 (θ1) 를 제 2 각도 (θ2) 보다 크게 해도 된다. 제 1 각도 (θ1) 를 180°보다 크게 하고, 제 2 각도 (θ2) 를 180°보다 작게 설정해도 된다. 구동 톱니 선단 원호 (A1B1) 의 둘레 방향 치수는 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 둘레 방향 치수보다 크다. 제 2 스크루 로터 (18) 의 제 1 각도 (θ1) 는 제 2 각도 (θ2) 보다 작게 설정된다. 즉, 종동 톱니 선단 원호 (A2B2) 의 둘레 방향 치수는 종동 톱니 바닥 원호 (C2D2) 의 둘레 방향 치수보다 작게 설정된다. 이 경우, 도 10(b) 에 나타내는 바와 같이, 구동 톱니 (17A) 의 축 방향 치수는 종동 톱니 (18A) 의 축 방향 치수보다 크다. 구동 나사 홈 (17a) 의 폭 (축 방향 치수) 은 종동 나사 홈 (18a) 의 폭보다 작다.

Claims (3)

  1. 하우징과,
    상기 하우징에 수용되는 제 1 스크루 로터와 제 2 스크루 로터를 포함하고, 상기 제 1 스크루 로터와 상기 제 2 스크루 로터는 서로 맞물리는 방향으로 회전하고, 상기 제 1 스크루 로터와 상기 제 2 스크루 로터가 회전함으로써, 유체가 상기 하우징 내에 흡입되고, 그리고 상기 하우징 외로 토출되는 스크루 펌프로서,
    상기 제 1 스크루 로터와 상기 제 2 스크루 로터 각각의 톱니형의 축 수직 단면은 제 1 원호부, 제 2 원호부, 제 1 곡선부 및 제 2 곡선부를 포함하고, 상기 제 1 원호부와 상기 제 2 원호부는 각각 제 1 단과 제 2 단을 갖고, 상기 제 2 원호부의 곡률 반경은 상기 제 1 원호부의 곡률 반경보다 작으며, 상기 제 1 곡선부는 상기 제 1 원호부의 제 1 단을 상기 제 2 원호부의 제 1 단에 연결하고, 상기 제 2 곡선부는 상기 제 1 원호부의 제 2 단을 상기 제 2 원호부의 제 2 단에 연결하며,
    상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 1 곡선부는 상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 1 단에 의해 창생되는 제 1 트로코이드 곡선이고,
    상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 2 곡선부는 서로 연속되는 인벌루트 곡선과 제 2 트로코이드 곡선을 포함하고, 상기 인벌루트 곡선은 상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 2 단에 연속되고, 상기 제 2 트로코이드 곡선은 상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 2 단에 의해 창생되며,
    상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 1 곡선부는 상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 1 단에 의해 창생되는 제 1 트로코이드 곡선이고,
    상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 2 곡선부는 서로 연속되는 인벌루트 곡선과 제 2 트로코이드 곡선을 포함하고, 상기 인벌루트 곡선은 상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 2 단에 연속되고, 상기 제 2 트로코이드 곡선은 상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 2 단에 의해 창생되는 것을 특징으로 하는 스크루 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스크루 로터의 회전 축선을 제 1 축선이라고 칭하고, 상기 제 2 스크루 로터의 회전 축선을 제 2 축선이라고 칭하며,
    상기 제 1 축선을 중심으로 하는 상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 각도와,
    상기 제 1 축선을 중심으로 하는 상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 2 원호부의 각도와,
    상기 제 2 축선을 중심으로 하는 상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 각도와,
    상기 제 2 축선을 중심으로 하는 상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 2 원호부의 각도는 모두 동등한 것을 특징으로 하는 스크루 펌프.
  3. 스크루 펌프에 있어서의 스크루 로터로서, 상기 스크루 로터는 제 1 스크루 로터와 제 2 스크루 로터 중 어느 하나이고, 상기 제 1 스크루 로터와 상기 제 2 스크루 로터는 상기 스크루 펌프의 하우징에 수용되며, 상기 제 1 스크루 로터와 상기 제 2 스크루 로터는 서로 맞물리는 방향으로 회전함으로써, 유체를 상기 하우징 내에 흡입하고, 그리고 상기 하우징 외로 토출하며,
    상기 제 1 스크루 로터와 상기 제 2 스크루 로터 각각의 톱니형의 축 수직 단면은 제 1 원호부, 제 2 원호부, 제 1 곡선부 및 제 2 곡선부를 포함하고, 상기 제 1 원호부와 상기 제 2 원호부는 각각 제 1 단과 제 2 단을 갖고, 상기 제 2 원호부의 곡률 반경은 상기 제 1 원호부의 곡률 반경보다 작으며, 상기 제 1 곡선부는 상기 제 1 원호부의 제 1 단을 상기 제 2 원호부의 제 1 단에 연결하고, 상기 제 2 곡선부는 상기 제 1 원호부의 제 2 단을 상기 제 2 원호부의 제 2 단에 연결하며,
    상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 1 곡선부는 상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 1 단에 의해 창생되는 제 1 트로코이드 곡선이고,
    상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 2 곡선부는 서로 연속되는 인벌루트 곡선과 제 2 트로코이드 곡선을 포함하고, 상기 인벌루트 곡선은 상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 2 단에 연속되고, 상기 제 2 트로코이드 곡선은 상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 2 단에 의해 창생되며,
    상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 1 곡선부는 상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 1 단에 의해 창생되는 제 1 트로코이드 곡선이고,
    상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 2 곡선부는 서로 연속되는 인벌루트 곡선과 제 2 트로코이드 곡선을 포함하고, 상기 인벌루트 곡선은 상기 제 2 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 2 단에 연속되고, 상기 제 2 트로코이드 곡선은 상기 제 1 스크루 로터의 상기 제 1 원호부의 제 2 단에 의해 창생되는 것을 특징으로 하는 스크루 펌프에 있어서의 스크루 로터.
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