KR101132894B1

KR101132894B1 - 스크류 로터

Info

Publication number: KR101132894B1
Application number: KR1020100070360A
Authority: KR
Inventors: 유야 이자와; 신야 야마모토; 마사히로 이나가키; 마코토 요시카와
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-04-03
Also published as: EP2295801A3; US20110020162A1; TW201109527A; US8556607B2; CN101963153A; JP5353521B2; EP2295801B1; EP2295801A2; KR20110009629A; CN101963153B; JP2011026981A; TWI408283B

Abstract

스크류 로터는 로터 하우징에서 서로 맞물리는 한 쌍의 스크류 로터의 회전에 의해 유체를 펌프하는 스크류 펌프용이다. 스크류 로터는 펌프 흡입측에 다중-스레드부 및 펌프 토출측에 단일-스레드부를 포함한다. 스크류 로터는, 스크류 로터의 회전 축에 수직인 경계면을 통하여 다중-스레드부의 톱니 형상이 단일-스레드부의 톱니 형상에 연결되도록 형성된다. 제1 곡선부는 상기 경계면에서 제3 곡선부와 일치한다.

Description

스크류 로터{SCREW ROTOR}

본 발명은, 스크류 펌프에서 서로 맞물리는 한 쌍의 스크류 로터의 회전에 의해 유체를 펌프하는 스크류 펌프에 사용되는 스크류 로터에 관한 것이다.

일본 미심사 공개특허공보 제2008-38861호에서는 서로 맞물리는 한 쌍의 단일-스레드(single-thread) 스크류 로터를 포함하는 스크류 펌프를 기재하고 있다. 스크류 펌프의 흡입측(suction side) 상의 스크류 로터의 리드각(lead angle)은 스크류 펌프의 토출측(discharge side) 상의 리드 각도 보다 크며, 이는 흡입량의 증가에 의한 유체 이송에 적합하다. 그러나, 회전수는 큰 리드 각을 가진 스크류 로터의 흡입측 상에서 더 작고, 따라서, 스크류 로터의 회전 밸런스에 영향을 미친다.

일본 심사 공고특허공보 소63-59031호에서는 서로 맞물리는 한 쌍의 다중-스레드(multiple-thread) 스크류 로터를 포함하는 다른 스크류 펌프를 기재하고 있다. 이러한 스크류 펌프에서는, 단일-스레드 스크류 로터의 경우에서와 같은 회전 밸런스 관련 문제점이 발생하지 않는다.

그러나, 예를 들면, 이중-스레드(double-thread) 스크류 로터에서 작은 리드 각을 가진 스크류 로터의 토출측 상의 감김 수가 증가될 때, 이중-스레드 스크류 로터의 톱니 두께는, 동일한 리드 및 동일한 유체 이송 부피 조건 하에서 단일-스레드 스크류 로터의 톱니 두께의 약 반이다. 이러한 경우에, 로터 하우징의 내면과 톱니 사이의 밀봉 길이(sealing length)는 단일-스레드 스크류 로터의 밀봉 길이의 약 반이고, 따라서, 감소된 밀봉 성능을 야기한다.

일본 미심사 공개특허공보 평3-111690호에서는 흡입측 상에 다중-스레드 스크류 로터를 가지고 토출측 상에 단일-스레드 스크류 로터를 가지는 또 다른 스크류 펌프를 기재하고 있다. 다중-스레드 스크류 로터는 단일-스레드 스크류 로터에 동심원적으로 위치된다. 이러한 스크류 펌프에서는, 단일-스레드 스크류 로터의 경우에서와 같은 회전 밸런스 관련 문제점이 발생하지 않고, 또한, 이중-스레드 스크류 로터의 경우에서와 같은 밀봉 관련 문제점도 발생하지 않는다.

그러나, 일본 미심사 공개특허공보 평3-111690호에서 기재된 스크류 펌프에서는, 다중-스레드 스크류 로터가 단일-스레드 스크류 로터로부터 축 방향으로 이격되어 위치하기 때문에, 유체 이송 공간의 부피가 스레드의 수가 변경되는 부분에서 증가된다. 이러한 부피 증가는 이송되는 유체의 팽창 원인이 되어서, 스크류 펌프의 비효율적인 펌핑 작동을 야기한다.

본 발명은, 스크류 로터의 양호한 회전 밸런스를 유지하고 밀봉 성능을 보장하면서 스크류 펌프의 비효율적인 펌핑 작동을 방지하는 스크류 로터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 스크류 로터는 로터 하우징(12) 내에서 서로 맞물리는 한 쌍의 스크류 로터(13, 14)의 회전에 의해 유체를 펌프하는 스크류 펌프(11)에 사용하기 위한 것이다. 스크류 로터(13, 14)는 펌프 흡입측에 다중-스레드부(26, 34) 및 펌프 토출측에 단일-스레드부(29, 37)를 포함한다. 단일-스레드부(29, 37)는 스크류 로터(13, 14)의 회전 축(151, 161)에 수직인 가상면에서의 톱니 형상(tooth profiles)(G11, G12)을 포함한다. 단일-스레드부(29, 37)의 톱니 형상(G11, G12)은, 회전 축(151, 161)을 중심으로 원형으로 연장하는 톱니 정상부(A1B1, A2B2); 회전 축(151, 161)을 중심으로 원형으로 연장하고, 반경이 상기 톱니 정상부(A1B1, A2B2)의 반경보다 작은 톱니 저면부(C1D1, C2D2); 트로코이드 곡선(trochoidal curve)에 의해 형성되고, 톱니 정상부(A1B1, A2B2)의 일 단부(A1, A2)와 톱니 저면부(C1D1, C2D2)의 일 단부(C1, C2)를 연결하는 제1 곡선부(A1C1, A2C2); 및 톱니 정상부(A1B1, A2B2)의 타 단부(B1, B2)와 톱니 저면부(C1D1, C2D2)의 타 단부(D1, D2)를 연결하는 제2 곡선부(B1D2, B2D2)를 포함한다. 다중-스레드부(26, 34)는 스크류 로터(13, 14)의 회전 축(151, 161)에 수직인 가상면에서의 톱니 형상(G21, G22)을 포함한다. 다중-스레드부(26, 34)의 톱니 형상(G21, G22)은, 회전 축(151, 161)을 중심으로 원형으로 연장하는 톱니 정상부(42A, 42B); 회전 축(151, 161)을 중심으로 원형으로 연장하고, 반경이 톱니 정상부(42A, 42B)의 반경보다 작은 톱니 저면부(43A, 43B); 및 트로코이드 곡선에 의해 형성되고, 톱니 정상부(42A, 42B)의 일 단부(422A, 422B)와 톱니 저면부(43A, 43B)의 일 단부를 연결하는 제3 곡선부(46A, 46B)를 포함한다. 스크류 로터(13, 14)는, 스크류 로터(13, 14)의 회전 축(151, 161)에 수직인 경계면(38, 39)을 통하여 다중-스레드부(26, 34)의 톱니 형상(G21, G22)이 단일-스레드부(29, 37)의 톱니 형상(G11, G12)에 연결되도록 형성된다. 제1 곡선부(A1C1, A2C2)는 다음의 조건(1) 또는 조건(2)를 만족한다.

조건(1): 제1 곡선부(A1C1, A2C2)는 경계면(38, 39)에서 제3 곡선부(46A. 46B)와 일치한다.

조건(2): 제1 곡선부(A1C1, A2C2)는 제3 곡선부(46A, 46B)로부터 스크류 로터(13, 14)의 회전 방향(W, Z)에 반대 방향으로 각도차(αo) 만큼 각을 이루어 이격되고, 상기 각도차는 αo <θ이 만족되며, 여기서 θ은, 경계면(38, 39)에서 다중-스레드부(26, 34)의 톱니 정상부(42A, 42B)의 일 단부(422A, 422B)로부터 스크류 로터(13, 14)의 회전 축(151, 161)으로 연장하는 선(L11, L21) 사이의 톱니 정상부 각도이고, 경계면(38, 39)에서 다중-스레드부(26, 34)의 톱니 정상부(42A, 42B)의 타 단부(421A, 421B)로부터 스크류 로터(13, 14)의 회전 축(151, 161)으로 연장하는 선(L12, L22) 사이의 톱니 정상부 각도이다.

본 발명의 다른 양상 및 장점은, 첨부된 도면과 관련하여서 본 발명의 원리를 실시예로서 설명하는 이하 기재로부터 명백하게 될 것이다.

본 발명에 따른 스크류 로터는 양호한 회전 밸런스를 유지하고, 밀봉 성능을 보장하면서 스크류 펌프의 비효율적인 펌핑 작동을 방지하는데 기여한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 스크류 로터 및 제2 스크류 로터를 포함하는 스크류 펌프의 길이방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 제1 스크류 로터 및 제2 스크류 로터의 사시도이다.
도 3은, 도 1 및 도 2의 제1 스크류 로터 및 제2 스크류 로터의 이중-스레드부의 톱니 형상을 도시한다.
도 4는, 도 1 및 도 2의 제1 스크류 로터 및 제2 스크류 로터의 단일-스레드부의 톱니 형상을 도시한다.
도 5는 단일-스레드부의 톱니 형상을 상세히 도시한다.
도 6은 인벌루트 곡선(involute curve)이 어떻게 결정되는지를 설명하는 개략도이다.
도 7은 인벌루트 곡선 및 트로코이드 곡선이 어떻게 결정되는지를 설명하는 개략도이다.
도 8은 트로코이드 곡선이 어떻게 결정되는지를 설명하는 개략도이다.
도 9a 내지 도 9c는, 제1 스크류 로터 및 제2 스크류 로터의 경계면에서 단일-스레드부 및 이중-스레드부의 톱니 형상을 도시하는 도면이다.
도 10은 스크류 펌프에 의한 유체 이송 부피의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 경계면에서 단일-스레드부 및 이중-스레드부의 톱니 형상을 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 스크류 로터 및 제2 스크류 로터의 톱니 형상을 개략적으로 도시한다.

도 1을 참조하면, 스크류 펌프(11)는 로터 하우징(12)을 포함하고, 로터 하우징(12) 내에 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 회전가능하게 제공된다. 제1 스크류 로터(13)의 샤프트(15)와 제2 스크류 로터(14)의 샤프트(16)는, 전동 모토(18)가 수용되는 스크류 펌프(11)의 모터 하우징(17) 내로 연장한다. 전동 모터(18)에 의해 발생되는 구동력은 전동 모터의 출력 샤프트(181)와 커플링(19)을 통하여 샤프트(15)로 전달되고, 따라서, 샤프트(15)를 회전시킨다. 샤프트(15)의 회전 움직임이 서로 맞물리는 한 쌍의 기어(20, 21)를 통하여 다른 샤프트(16)로 전달되어, 샤프트(16)가 샤프트(15)의 반대 방향으로 회전된다. 제1 스크류 로터(13)는 화살표가 가리키는 방향(W)으로 회전되고, 제2 스크류 로터(14)는 화살표 방향(W)의 반대인 화살표가 가리키는 방향(Z)으로 회전된다.

도 2를 참조하면, 제1 스크류 로터(13)는 이중-스레드부(26)(다중-스레드부) 및 단일-스레드부(29)를 포함한다. 이중-스레드부(26)는 2개의 헬리컬 톱니(helical tooth)(22, 23) 및 2개의 헬리컬 홈(helical groove)(24, 25)을 포함한다. 단일-스레드부(29)는 하나의 헬리컬 톱니(27) 및 하나의 헬리컬 홈(28)을 포함한다. 유사하게, 제2 스크류 로터(14)는 이중-스레드부(34)(다중-스레드부) 및 단일-스레드부(37)를 포함한다. 이중-스레드부(34)는 2개의 헬리컬 톱니(30, 31) 및 두 개의 헬리컬 홈(32, 33)을 포함한다. 단일-스레드부(37)는 하나의 헬리컬 톱니(35) 및 하나의 헬리컬 홈(36)을 포함한다.

제1 스크류 로터(13)의 이중-스레드부(26)의 헬리컬 톱니(22, 23)가 제2 스크류 로터(14)의 이중-스레드부(34)의 헬리컬 톱니(30, 31)와 맞물려서, 헬리컬 톱니(22, 23)는 제2 스크류 로터(14)의 이중-스레드부(34)의 헬리컬 홈(32, 33)에 삽입되고, 헬리컬 톱니(30, 31)는 제1 스크류 로터(13)의 이중-스레드부(26)의 헬리컬 홈(24, 25)에 삽입된다.

제1 스크류 로터(13)의 단일-스레드부(29)의 헬리컬 톱니(27)가 제2 스크류 로터(14)의 단일-스레드부(37)의 헬리컬 톱니(35)와 맞물려서, 헬리컬 톱니(27)는 제2 스크류 로터(14)의 단일-스레드부(37)의 헬리컬 홈(36)에 삽입되고, 헬리컬 톱니(35)는 제1 스크류 로터(13)의 단일-스레드부(29)의 헬리컬 홈(28)에 삽입된다.

도 1을 참조하면, 제1 스크류 로터(13)에서, 이중-스레드부(26)는 경계면(38)을 통하여 단일-스레드부(29)와 연속적으로 형성된다. 이중-스레드부(26)는 스크류 펌프(11)의 흡입측 상에 위치되고, 단일-스레드부(29)는 스크류 펌프(11)의 토출측 상에 위치된다. 제2 스크류 로터(14)에서, 이중-스레드부(34)는 경계면(39)을 통하여 단일-스레드부(37)와 연속적으로 형성된다. 이중-스레드부(34)는 스크류 펌프(11)의 흡입측 상에 위치되고, 단일-스레드부(37)는 스크류 펌프(11)의 토출측 상에 위치된다. 경계면(38, 39)은 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전 축(151, 161)에 수직인 동일한 가상 평면에 놓인다.

로터 하우징(12)은 단부 벽(122) 및 주변 벽(123)에 의해 형성된다. 로터 하우징(12)은 로터 하우징의 일 단부 상에 단부 벽(122)을 통하여 형성된 흡입구(40)를 포함하여, 흡입구가 로터 하우징(12) 내에 형성된 흡입 챔버(121)와 연통하도록 한다. 커버 플레이트(10)가 흡입 챔버(121)에 제공되어, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 단부 면의 일부를 커버하도록 한다. 로터 하우징(12)은 로터 하우징의 타 단부 상에 주변 벽(123)을 통하여 형성된 토출구(41)를 포함하여, 토출구가 로터 하우징(12)의 내부 공간과 연통하도록 한다.

유체가, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전에 의해 흡입구(40)를 통하여 흡입 챔버(121) 내로 유입된다. 유체는 커버 플레이트(10)의 존재 때문에 소정의 타이밍에서 이송 공간 내로 유입되어 토출구(41) 방향의 헬리컬 홈에 이송되고, 그 다음 토출구(41)를 통하여 스크류 펌프(11)에서 토출된다.

도 3은 제1 스크류 로터(13)의 이중-스레드부(26) 톱니 형상(G21) 및 제2 스크류 로터(14)의 이중-스레드부(34)의 톱니 형상(G22)을 도시한다. 도 4는 제1 스크류 로터(13)의 단일-스레드부(29) 톱니 형상(G11) 및 제2 스크류 로터(14)의 단일-스레드부(37) 톱니 형상(G12)을 도시한다. 제1 스크류 로터(13)의 톱니 형상은 회전 축(151)에 수직인 가상면에서의 제1 스크류 로터(13)의 형상이고, 이와 유사하게, 제2 스크류 로터(14)의 톱니 형상은 회전 축(161)에 수직인 가상면에서의 제2 스크류 로터(14)의 형상이다.

제1 스크류 로터(13)의 스레드 방향(도 3 및 도 4에서 화살표(δ)로 가리키는)은 제1 스크류 로터(13)의 회전 방향(W)에 반대이다. 제2 스크류 로터(14)의 스레드 방향(도 3 및 도 4에서 화살표(ε)로 가리키는)은 제2 스크류 로터(14)의 회전 방향(Z)에 반대이다.

제1 스크류 로터(13)의 스레드 방향(δ)은 제2 스크류 로터(14)의 스레드 방향(ε)에 반대이다.

이하, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 단일-스레드부(29, 37)의 톱니 형상(G11, G12)을 상세히 기술한다.

도 5를 참조하면, 부호 P1은 샤프트(15)의 중심축 상의 점(즉, 제1 스크류 로터(13)의 회전 축(151))을 나타내고, 부호 P2는 샤프트(16)의 중심 축 상의 점(즉, 제2 스크류 로터(14)의 회전 축(161))을 나타낸다. 이러한 점(P1, P2), 즉, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전 중심은 이하, 중심점(P1, P2)으로 지칭될 것이다. 부호 L은 중심점(P1, P2) 사이의 거리를 나타낸다(즉, 샤프트(15, 16)의 중심 축 사이의 거리).

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 스크류 로터(13)의 단일-스레드부(29)의 톱니 형상(G11)은 톱니 정상부(A1B1) 및 톱니 저면부(C1D1)를 포함한다. 톱니 정상부(A1B1)는 점(A1)으로부터 점(B1)까지 중심점(P1)을 중심으로 원형으로 연장한다. 톱니 저면부(C1D1)는 점(C1)으로부터 점(D1)까지 중심점(P1)을 중심으로 원형으로 연장한다. 톱니 저면부(C1D1)의 반경은 톱니 정상부(A1B1)의 반경보다 작다. 톱니 형상(G11)은 제1 곡선부(A1C1) 및 제2 곡선부(B1D1)를 더 포함한다. 제1 곡선부(A1C1)는 톱니 정상부(A1B1)의 일 단부(A1)와 톱니 저면부(C1D1)의 일 단부(C1)를 연결한다. 제2 곡선부(B1D1)는 톱니 정상부(A1B1)의 타 단부(B1)와 톱니 저면부(C1D1)의 타 단부(D1)를 연결한다. 제1 곡선부(A1C1)는 트로코이드 곡선으로 형성되고, 이하, 제1 트로코이드 곡선(A1C1)으로도 지칭된다.

제2 스크류 로터(14)의 단일-스레드부(37)의 톱니 형상(G12)은 톱니 정상부(A2B2) 및 톱니 저면부(C2D2)를 포함한다. 톱니 정상부(A2B2)는 점(A2)으로부터 점(B2)까지 중심점(P2)을 중심으로 원형으로 연장한다. 톱니 저면부(C2D2)는 점(C2)으로부터 점(D2)까지 중심점(P2)을 중심으로 원형으로 연장한다. 톱니 저면부(C2D2)의 반경은 톱니 정상부(A2B2)의 반경보다 작다. 톱니 형상(G12)은 제1 곡선부(A2C2) 및 제2 곡선부(B2D2)를 더 포함한다. 제1 곡선부(A2C2)는 톱니 정상부(A2B2)의 일 단부(A2)와 톱니 저면부(C2D2)의 일 단부(C2)를 연결한다. 제2 곡선부(B2D2)는 톱니 정상부(A2B2)의 타 단부(B2)와 톱니 저면부(C2D2)의 타 단부(D2)를 연결한다. 제1 곡선부(A2C2)는 트로코이드 곡선으로 형성되고, 이하 제1 트로코이드 곡선(A2C2)으로도 지칭된다.

도 5에서, 톱니 정상부(A1B1)의 일 단부(A1) 및 톱니 정상부(A2B2)의 일 단부(A2)는 중심점(P1, P2)을 통과하는 가상선(M) 상에 놓인다.

제1 스크류 로터(13)의 제1 트로코이드 곡선(A1C1)은 제2 스크류 로터(14)의 톱니 정상부(A2B2)의 일 단부(A2)에 의해 만들어진다. 제2 스크류 로터(14)의 제1 트로코이드 곡선(A2C2)은 제1 스크류 로터(13)의 톱니 정상부(A1B1)의 일 단부(A1)에 의해 만들어진다.

제2 스크류 로터(14)의 제2 곡선부(B2D2)는, 톱니 정상부(A2B2)의 타 단부(B2)를 연결하는 인벌루트 곡선(B2E2) 및 제2 트로코이드 곡선(E2D2)에 의해 형성된다. 인벌루트 곡선(B2D2)은 중심이 중심점(P2)인 기초원(base circle)으로부터 얻어진다. 제2 트로코이드 곡선(E2D2)은 제1 스크류 로터(13)의 톱니 정상부(A1B1)의 타 단부(B1)에 의해 만들어진다.

제1 스크류 로터(13)의 제2 곡선부(B1D1)는, 톱니 정상부(A1B1)의 타 단부(B1)를 연결하는 인벌루트 곡선(B1E1) 및 제2 트로코이드 곡선(E1D1)에 의해 형성된다. 인벌루트 곡선(B1D1)은 중심이 중심점(P1)인 기초원으로부터 얻어지고, 기초원의 반경은 거리(L)의 반(L/2)보다 작다. 제2 트로코이드 곡선(E1D1)은 제2 스크류 로터(14)의 톱니 정상부(A2B2)의 타 단부(B2)에 의해 만들어진다.

제2 스크류 로터(14)의 단일-스레드부(37) 톱니 형상(G12)은 제1 스크류 로터(13)의 단일-스레드부(29) 톱니 형상(G11)과 동일하다.

본 실시예에서, 중심점(P1)을 중심으로 제1 스크류 로터(13)의 톱니 정상부(A1B1)의 각도(β1)는 180도보다 작다. 중심점(P1)을 중심으로 톱니 저면부(C1D1)의 각도(β2) 또한 180도보다 작고, 각도(β1)와 동일하다.

유사하게, 중심점(P2)을 중심으로 제2 스크류 로터(14)의 톱니 정상부(A2B2)의 각도는 β1이고, 중심점(P2)을 중심으로 톱니 저면부(C2D2)의 각도는 β1과 동일한 β2이다.

이하, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 단일-스레드부(29, 37)의 톱니 형상(G11, G12)이 어떻게 만들어지는지 기술한다.

도 6 내지 도 8에서, 참조 번호 13 및 14는, 각각 제1 스크류 로터(13) 측 및 제2 스크류 로터(14) 측을 나타내는 것을 주의한다.

도 6을 참조하면, 먼저, 중심점(P1)과 중심점(P2) 사이의 거리(즉, 거리(L))가 결정된다. 부호(C31, C32)는 각각 반경(r)(=L/2)을 가지고 중심점(P1) 및 중심점(P2) 사이의 중간점인 점(F)에서 서로 접촉하는 피치원(pitch circle)을 나타낸다. 다음, r보다 큰 반경(R1)을 가진 외부원(C11)과 r보다 작은 반경(R2)을 가진 내부원(C21)이 결정된다. 거리(L)는 반경(R1)과 반경(R2)의 합이다. 피치원(C31)은 제1 스크류 로터(13)와 관련있고, 피치원(C32)은 제2 스크로 로터(14)와 관련있다.

다음에, 점(F)을 통과하는 인벌루트 곡선(I1)이, 중심이 중심점(P1)이고, 반경이 피치원(C31)의 반경보다 작은 기초원(Co1)을 기초로 결정된다. 인벌루트 곡선(I1)과 제1 스크류 로터(13) 상의 외부원(C11)과의 교점은 전술한 제1 스크류 로터(13)의 톱니 정상부(A1B1)의 타 단부(B1)에 대응하는 점(B1)이다.

유사하게, 점(F)를 통과하는 인벌루트 곡선(I2)이, 중심이 중심점(P2)이고, 반경이 피치원(C32)의 반경보다 작은 기초원(Co2)을 기초로 결정된다. 인벌루트 곡선(I2)과 제2 스크류 로터(14) 상의 외부원(C12)과의 교점은 전술한 제2 스크류 로터(14)의 톱니 정상부(A2B2)의 타 단부(B2)에 대응하는 점(B2)이다. 기초원(Co1, Co2) 모두 피치원(C31, C32)의 반경(r)보다 작은 반경(Ro)을 갖는다.

이제 도 7을 참조하면, 곡선(J1)이 결정된다. 곡선(J1)은, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 회전될 때 그려지는 외부원(C12) 상의 점(B2)의 궤적이다. 곡선(J1)은, 피치원(C32)이 피치원(C31)과 접한 상태로 제2 스크류 로터(14)를 제1 스크류 로터(13) 둘레로 회전시킴으로써 만들어지는 트로코이드 곡선이다. 트로코이드 곡선(J1)과 내부원(C21)과의 교점(D1)은 전술한 제1 스크류 로터(13)의 톱니 저면부(C1D1)의 타 단부(D1)에 대응한다. 트로코이드 곡선(J1)은 점(E1)에서 인벌루트 곡선(I1)에 연결된다. 제1 스크류 로터(13)의 인벌루트 곡선(B1E1)은 점(B1)으로부터 점(E1)으로 연장하는 인벌루트 곡선(I1)에 의해 형성되고, 제1 스크류 로터(13)의 제2 트로코이드 곡선(E1D1)은 점(E1)으로부터 점(D1)으로 연장하는 트로코이드 곡선(J1)에 의해 형성된다. 제2 트로코이드 곡선(E1D1)의 접선은 인벌루트 곡선(B1E1)의 접선과 그들 사이의 연결점에서 일치한다.

유사하게, 곡선(J2)이 결정된다. 곡선(J2)은, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 회전될 때 그려지는 외부원(C11) 상의 점(B1)의 궤적이다. 곡선(J2)은, 피치원(C31)이 피치원(C32)과 접한 상태로 제1 스크류 로터(13)를 제2 스크류 로터(14) 둘레로 회전시킴으로써 만들어지는 트로코이드 곡선이다. 트로코이드 곡선(J2)과 내부원(C22)과의 교점(D2)은 전술한 제2 스크류 로터(14)의 톱니 저면부(C2D2)의 타 단부(D2)에 대응한다. 트로코이드 곡선(J2)은 점(E2)에서 인벌루트 곡선(I2)에 연결된다. 제2 스크류 로터(14)의 인벌루트 곡선(B2E2)은 점(B2)으로부터 점(E2)으로 연장하는 인벌루트 곡선(I2)에 의해 형성되고, 제2 스크류 로터(14)의 제2 트로코이드 곡선(E2D2)은 점(E2)으로부터 점(D2)으로 연장하는 트로코이드 곡선(J2)에 의해 형성된다. 제2 트로코이드 곡선(E2D2)의 접선은 인벌루트 곡선(B2E2)의 접선과 그들 사이의 접점에서 일치한다.

도 8을 참조하면, 점(A1) 및 곡선(K1)이 결정된다. 점(A1)은 중심점(P1, P2)을 통과하는 선(M) 상에 놓이고, 또한, 제1 스크류 로터(13) 측의 외부원(C11) 상에 놓인다. 곡선(K1)은, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 회전될 때 그려지는 외부원(C12) 상의 점(A2)의 궤적이다. 곡선(K1)은, 피치원(C32)이 피치원(C31)과 접한 상태로 제2 스크류 로터(14)를 제1 스크류 로터(13) 둘레로 회전시킴으로써 만들어지는 트로코이드 곡선이다. 점(A1)은 전술한 제1 스크류 로터(13)의 톱니 정상부(A1B1)의 일 단부(A1)에 대응한다. 제1 스크류 로터(13)의 제1 트로코이드 곡선(A1C1)은 점(A1)으로부터 트로코이드 곡선(K1)과 내부원(C21)과의 교점인 점(C1)으로 연장하는 트로코이드 곡선(K1)에 의해 형성된다.

유사하게, 점(A2) 및 곡선(K2)이 결정된다. 점(A2)은 중심점(P1, P2)을 통과하는 선(M) 상에 놓이고, 또한, 제2 스크류 로터(14) 측의 외부원(C12) 상에 놓인다. 곡선(K2)은, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 회전될 때 그려지는 외부원(C11) 상의 점(A1)의 궤적이다. 곡선(K2)은, 피치원(C31)이 피치원(C32)과 접한 상태로 제1 스크류 로터(13)를 제2 스크류 로터(14) 둘레로 회전시킴으로써 만들어지는 트로코이드 곡선이다. 점(A2)은 전술한 제2 스크류 로터(14)의 톱니 정상부(A2B2)의 일 단부(A2)에 대응한다. 제2 스크류 로터(14)의 제1 트로코이드 곡선(A2C2)은 점(A2)으로부터 트로코이드 곡선(K2)과 내부원(C22)과의 교점인 점(C2)으로 연장하는 트로코이드 곡선(K2)에 의해 형성된다.

제1 스크류 로터(13)의 톱니 정상부(A1B1)(도 5 참조)는, 제1 트로코이드 곡선(A1C1) 상의 점(A1)으로부터 인벌루트 곡선(B1E1) 상의 점(B1)으로 연장하는 외부원(C11)의 원호에 의해 형성된다. 제1 스크류 로터(13)의 톱니 저면부(C1D1)(도 5 참조)는 제1 트로코이드 곡선(A1C1) 상의 점(C1)으로부터 제2 트로코이드 곡선(E1D1) 상의 점(D1)으로 연장하는 내부원(C21)의 원호에 의해 형성된다. 유사하게, 제2 스크류 로터(14)의 톱니 정상부(A2B2) 및 톱니 저면부(C2D2)(도 5 참조)는 제1 스크류 로터(13)의 경우와 실질적으로 동일한 방식으로 형성된다.

제2 스크류 로터(14)의 점(A2)은, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전으로 제1 스크류 로터(13)의 제1 트로코이드 곡선(A1C1)을 따라 이동된다. 그 다음, 제1 스크류 로터(13)의 점(A1)은 제2 스크류 로터(14)의 제1 트로코이드 곡선(A2C2)을 따라 이동된다.

또한, 제1 스크류 로터(13)의 점(B1)은, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전으로 제2 스크류 로터(14)의 제2 트로코이드 곡선(E2D2)을 따라 이동된다. 그 다음, 제1 스크류 로터(13)의 인벌루트 곡선(B1E1)은 제2 스크류 로터(14)의 인벌루트 곡선(B2E2)과 서로 접한 상태로, 제2 스크류 로터(14)의 인벌루트 곡선(B2E2) 상을 회전한다. 그 다음, 제2 스크류 로터(14)의 점(B2)은 제1 스크류 로터(13)의 제2 트로코이드 곡선(E1D1)을 따라 이동된다.

도 3을 다시 참조하면, 제1 스크류 로터(13)의 이중-스레드부(26) 톱니 형상(G21)은 톱니 정상부(42A), 톱니 저면부(43A), 톱니 저면부(44A), 톱니 정상부(45A), 트로코이드 곡선에 의해 형성되는 제3 곡선부(46A), 제4 곡선부(47A), 및 곡선부(48A, 49A)를 포함한다. 제3 곡선부(46A)는 톱니 정상부(42A)의 일 단부(422A)(즉, 제3 곡선부(46A)의 일 단부(461A))와 톱니 저면부(43A)의 일 단부를 연결한다. 톱니 정상부(42A)의 타 단부(421A)는 제4 곡선부(47A)에 연결된다. 제4 곡선부(47A) 및 곡선부(48A, 49A)는 인벌루트 곡선 및 트로코이드 곡선에 의해 형성된다. 톱니 정상부(42A), 톱니 저면부(43A), 톱니 저면부(44A) 및 톱니 정상부(45A)는 중심이 중심점(P1)인 원의 원호이다.

제2 스크류 로터(14)의 이중-스레드부(34) 톱니 형상(G22)은 톱니 정상부(42B), 톱니 저면부(43B), 톱니 저면부(44B), 톱니 정상부(45B), 트로코이드 곡선에 의해 형성되는 제3 곡선부(46B), 제4 곡선부(47B), 및 곡선부(48B, 49B)를 포함한다. 제3 곡선부(46B)는 톱니 정상부(42B)의 일 단부(422B)(즉, 제3 곡선부(46B)의 일 단부(461B))와 톱니 저면부(43B)의 일 단부를 연결한다. 톱니 정상부(42B)의 타 단부(421B)는 제4 곡선부(47B)에 연결된다. 제4 곡선부(47B) 및 곡선부(48B, 49B)는 인벌루트 곡선 및 트로코이드 곡선에 의해 형성된다. 톱니 정상부(42B), 톱니 저면부(43B), 톱니 저면부(44B) 및 톱니 정상부(45B)는 중심이 중심점(P2)인 원의 원호이다.

제2 스크류 로터(14)의 이중-스레드부(34) 톱니 형상(G22)은 제1 스크류 로터(13)의 이중-스레드부(26) 톱니 형상(G21)과 동일하다.

톱니 형상(G21, G22)의 톱니 정상부(42A, 42B, 45A, 45B)의 반경은 단일-스레드부(29, 37)의 톱니 형상(G11, G12)의 톱니 정상부(A1B1, A2B2)의 반경과 실질적으로 동일하다. 톱니 형상(G21, G22)의 톱니 저면부(43A, 43B, 44A, 44B)의 반경은 단일-스레드부(29, 37)의 톱니 형상(G11, G12)의 톱니 저면부(C1D1, C2D2)의 반경과 실질적으로 동일하다.

톱니 형상(G21, G22)의 트로코이드 곡선에 의해 형성되는 제3 곡선부(46A, 46B)는, 톱니 형상(G11, G12)의 트로코이드 곡선에 의해 형성되는 제1 곡선부(A1C1, A2C2)의 경우와 같은 방식으로 만들어진다. 제3 곡선부(46A, 46B)의 형상은, 톱니 형상(G11, G12)의 트로코이드 곡선에 의해 형성되는 제1 곡선부(A1C1, A2C2)의 형상과 동일하다.

각각, 인벌루트 곡선 및 트로코이드 곡선에 의해 형성되는 제4 곡선부(47A, 47B) 및 곡선부(48A, 48B, 49A, 49B)는 단일-스레드부(29, 37) 톱니 형상(G11, G12)의 제2 곡선부(B1D1, B2D2)의 경우와 같은 방식으로 만들어진다.

제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전으로, 제3 곡선부(46B)의 일 단부(461B)는 제3 곡선부(46A)를 따라 쓸어가고, 제3 곡선부(46A)의 일 단부(461A)는 제3 곡선부(46B)를 따라 쓸어간다. 또한, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14) 회전에 따라, 제4 곡선부(47A)는 제4 곡선부(47B)와, 곡선부(48A)는 곡선부(48B)와, 그리고 곡선부(49A)는 곡선부(49B)와 서로 마주본다.

이와 같이 만들어진 단일-스레드부(29, 37)의 톱니 형상(G11, G12) 및 이중-스레드부(26, 34)의 톱니 형상(G21, G22)은, 톱니 형상(G21)이 경계면(38)을 통하여 톱니 형상(G11)에 연결되고, 톱니 형상(G22)이 경계면(39)을 통하여 톱니 형상(G12)에 연결되도록 위치된다.

도 9a는, 경계면(38, 39)에서 이중-스레드부(26, 34)의 톱니 형상(G21, G22) 및 단일-스레드부(29, 37)의 톱니 형상(G11, G12)을 개략적으로 도시한다.

이하 기술에서, 부호 α1(≥0)은, 경계면(38)에서 이중-스레드부(26) 톱니 형상(G21)의 제3 곡선부(46A)(트로코이드 곡선)와 단일-스레드부(29) 톱니 형상(G11)의 제1 곡선부(A1C1)(트로코이드 곡선) 사이의 중심점(P1)을 중심으로 각위치(angle position)의 차이를 나타낸다. 도 9a의 경우, 제3 곡선부(46A)의 상기 각위치는 경계면(38)에서 중심점(P1)을 중심으로 제1 곡선부(A1C1)의 각위치와 일치하고, 각위치의 차이(α1), 즉, 각도차(α1)는 0이다.

유사하게, 이하 기술에서, 부호 α2(≥0)는, 경계면(39)에서 이중-스레드부(34) 톱니 형상(G22)의 제3 곡선부(46B)(트로코이드 곡선)와 단일-스레드부(37) 톱니 형상(G12)의 제1 곡선부(A2C2)(트로코이드 곡선) 사이의 중심점(P2)을 중심으로 각위치의 차이를 나타낸다. 도 9a의 경우, 제3 곡선부(46B)의 상기 각위치는 경계면(39)에서 중심점(P2)을 중심으로 제1 곡선부(A2C2)의 각위치와 일치하고, 각위치의 차이(α2), 즉, 각도차(α2)는 0이다.

본 실시예에서, α1은 α2와 동일하여, 따라서, 각도차(α1, α2)는 이하, 부호 αo로 표현한다.

도 9a에서, 부호 θ1은, 톱니 정상부(42A)의 일 단부(422A)로부터 중심점(P1)까지 연장하는 선(L11)과 톱니 정상부(42A)의 타 단부(421A)로부터 중심점(P1)까지 연장하는 선(L12) 사이의 각도를 나타낸다. 상세하게는, 부호 θ1은, 경계면(38)에서 중심점(P1)을 중심으로 하는 원호로서, 톱니 정상부(42A)의 각각의 단부(422A, 421A)를 통과하는 선(L11)과 선(L12) 사이의 각도를 나타낸다. 유사하게, 부호 θ2는, 톱니 정상부(42B)의 일 단부(422B)로부터 중심점(P2)까지 연장하는 선(L21)과 톱니 정상부(42B)의 타 단부(421B)로부터 중심점(P2)까지 연장하는 선(L22) 사이의 각도를 나타낸다. 상세하게는, 부호 θ2는, 경계면(39)에서 중심점(P2)을 중심으로 하는 원호로서, 톱니 정상부(42B)의 각각의 단부(422B, 421B)를 통과하는 선(L21)과 선(L22) 사이의 각도를 나타낸다.

도 9a에서, θ1은 θ2와 동일하며, 따라서, 각도(θ1, θ2)는 이하, 부호 θo로 표현한다.

도 9b는 톱니 형상(G11)이 도 9a의 위치로부터 회전 방향(W)에 반대 방향(즉, 스레드 방향(δ))으로 αo(<θo)만큼 회전되어 이동된 상태를 나타내고, 또한, 톱니 형상(G12)이 도 9a의 위치로부터 회전 방향(Z)에 반대방향(즉, 스레드 방향(ε))으로 αo(<θo)만큼 회전되어 이동된 상태를 나타낸다.

도 9c는 톱니 형상(G11)이 도 9a의 위치로부터 회전 방향(W)으로(즉, 스레드 방향(δ)에 반대 방향으로) αo(<θo)만큼 회전되어 이동된 상태를 나타내고, 또한, 톱니 형상(G12)이 도 9a의 위치로부터 회전 방향(Z)으로(즉, 스레드 방향(ε)에 반대방향으로) αo(<θo)만큼 회전되어 이동된 상태를 나타낸다.

도 9a의 경우에, 경계면(38)에서 제1 곡선부(A1C1) 및 경계면(39)에서 제1 곡선부(A2C2)는 다음 조건(1)을 만족한다. 조건(1): 제1 곡선부(A1C1)는 경계면(38)에서 제3 곡선부(46A)와 일치하고, 제1 곡선부(A2C2)는 경계면(39)에서 제3 곡선부(46B)와 일치한다.

도 9b의 경우에, 경계면(38)의 제1 곡선부(A1C1) 및 경계면(39)의 제1 곡선부(A2C2)는 다음 조건(2)을 만족한다. 조건(2): 제1 곡선부(A1C1)는 제3 곡선부(46A)로부터 제1 스크류 로터(13)의 회전 방향(W)에 반대 방향으로(즉, 스레드 방향(δ)으로) 각도차(αo) 만큼 각을 이루어 이격되고, 상기 각도차는 αo <θ1이 만족되며, 여기서, θ1은, 경계면(38)에서 톱니 정상부(42A)의 일 단부(422A)로부터 중심점(P1)(회전 축(151))으로 연장하는 선(L11)과 톱니 정상부(42A)의 타 단부(421A)로부터 중심점(P1)으로 연장하는 선(L12) 사이의 각도(톱니 정상부 각도)이다. 제1 곡선부(A2C2)는 제3 곡선부(46B)로부터 제2 스크류 로터(14)의 회전 방향(Z)에 반대 방향으로(즉, 스레드 방향(ε)으로) 각도차(αo) 만큼 각을 이루어 이격되고, 상기 각도차는 αo <θ2가 만족되며, 여기서, θ2는, 경계면(39)에서 톱니 정상부(42B)의 일 단부(422B)로부터 중심점(P2)(회전 축(161))으로 연장하는 선(L21)과 톱니 정상부(42B)의 타 단부(421B)로부터 중심점(P2)으로 연장하는 선(L22) 사이의 각도(톱니 정상부 각도)이다.

상기 조건(1) 또는 (2)가 만족되면, 경계면(38, 39)의 상류에 그리고 경계면(38, 39)에 인접하여 위치된 이중-스레드부(26, 34)의 헬리컬 홈의 부피(V1)가, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전에 수반하여, 도 10의 곡선(H)으로 표현된 바와 같이 변경된다.

도 10에서, 수평축은 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 각위치를 나타내고, 수직축은 유체 부피를 나타낸다. 도 9a, 9b, 9c는, 도 10에서 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 각위치가 0도인 상태를 나타낸다.

제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 0도의 각위치로부터 2바퀴 완전히 회전될 때(0에서 720도로), 곡선(H)으로 표현된 부피(V1)는 증가 없이 최대 Vh로부터 0으로 수렴한다.

조건(1)이 만족되면, 경계면(38, 39)의 하류에 그리고 경계면(38, 39)에 인접하여 위치된 단일-스레드부(29, 37)의 헬리컬 홈의 부피(V2)가, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전에 수반하여, 도 10의 곡선(Q)으로 표현된 바와 같이 변경된다. 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 0도의 각위치로부터 2바퀴 완전히 회전될 때(0에서 720도로), 곡선(Q)으로 표현된 부피(V2)는 서서히 증가하여, 그 다음, 경계면(39, 39)으로부터 떨어진 단일-스레드부(29, 37)의 헬리컬 홈의 부피에 해당하는 미리 정해진 값(이하, Vq로 지칭됨)에 수렴한다. 한편, 조건(2)이 만족되면, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전에 따른 부피(V2) 변화가 도 10의 곡선(Q)에 대하여 αo 만큼 지연된다. 즉, 부피(V2)는 곡선(Q)의 위치로부터 도 10에서 오른쪽으로 αo 만큼 이동된 곡선을 따라서 변화된다. 부피(V1)와 부피(V2)의 합인 유체 이송 부피(V1+V2)는, 도 10의 곡선(HQ)에 의해 표현되는 바와 같이 변경된다. 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 0도의 각위치로부터 2바퀴 완전히 회전될 때(0에서 720도로), 곡선(HQ)로 표현되는 유체 이송 부피(V1+V2)는 증가없이 곡선(Q) 상의 최대 부피(Vq)에 수렴한다.

조건(1) 또는 조건(2) 모두 만족되지 않는다면, 예를 들면, 도 9c에 도시된 바와 같이, 톱니 형상(G11)이 도 9a의 위치로부터 회전 방향(W)으로(즉, 스레드 방향(δ)에 반대 방향으로) αo(<θo)만큼 회전되어 이동될 때, 유체 이동 부피(V1+V2)는 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 회전에 수반하여 도 10의 곡선(S)에 의해 표현되는 바와 같이 변화된다.

이것은, 경계면(38)의 하류에 그리고 경계면(38)에 인접하여 위치된 단일-스레드부(29)의 헬리컬 홈이, -αo 내지 0도 범위 내에서 이중-스레드부(26)의 헬리컬 홈과 연결되지 않기 때문이다. 단일-스레드부(29)의 헬리컬 홈이 0도에서 이중-스레드부(26)의 헬리컬 홈과 연결될 때, 유체 이송 부피는 이중-스레드부(26)의 헬리컬 홈에 연결된 단일-스레드부(29)의 헬리컬 홈의 부피에 의해 빠르게 증가된다.

도 11a는, 경계면(38)에서 이중-스레드부(26) 톱니 형상(G21)의 제4 곡선부(47A)와 단일-스레드부(29) 톱니 형상(G11)의 제1 곡선부(A1C1) 사이의 틈새(g1)가 생긴 상태를 도시한다. 이러한 경우에, 틈새(g1)의 존재 때문에, 경계면(38)에 인접한 이중-스레드부(26)의 헬리컬 홈(24)에 의해 형성된, 제3 곡선부(46A)에 인접한 2개의 별개의 유체 이송 공간은 경계면(38)에 인접한 단일-스레드부(29)의 헬리컬 홈(28)을 통하여 서로 연결된다. 즉, 제3 곡선부(46A)의 상류 및 하류에 위치된 2개의 별개의 유체 이송 공간이 연결된다.

도 11b는, 경계면(39)에서 이중-스레드부(34) 톱니 형상(G22)의 제4 곡선부(47B)와 단일-스레드부(37) 톱니 형상(G12)의 제1 곡선부(A2C2) 사이의 틈새(g2)가 생긴 상태를 도시한다. 이러한 경우에, 틈새(g2)의 존재 때문에, 경계면(39)에 인접한 이중-스레드부(34)의 헬리컬 홈(32)에 의해 형성된, 제3 곡선부(46B)에 인접한 2개의 별개의 유체 이송 공간은 경계면(39)에 인접한 단일-스레드부(37)의 헬리컬 홈(36)을 통하여 서로 연결된다. 즉, 제3 곡선부(46B)의 상류 및 하류에 위치된 2개의 별개의 유체 이송 공간이 연결된다.

이러한 틈새(g1, g2)의 존재는, 도 10의 곡선(S)로 도시된 바와 같이, 유체 이송 부피의 급격한 증감의 원인이 된다. 또한, 틈새(g1, g2)는, 제4 곡선부(47A, 47B)의 형상 및 다중-스레드부에서 스레드 수의 조합에 따라, αo<θo 조건이 만족되더라도 생길 수 있다. 이러한 경우, 그러한 틈새(g1, g2)가 생기지 않도록 조합이 제한된다.

제1 실시예에 따른 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)는 다음의 장점을 제공한다.

(1) 제1 곡선부(A1C1, A2C2)는 조건(1) 또는 (2)를 만족한다. 따라서, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 0도의 각위치로부터 2바퀴 완전히 회전될 때(0에서 720도로), 도 10의 곡선(HQ)으로 표현되는 유체 이송 부피(V1+V2)는 증가 없이 곡선(Q) 상의 최대 부피(Vq)로 수렴한다. 즉, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 0도의 각위치로부터 2바퀴 완전히 회전될 때(0에서 720도로), 경계면(38, 39)에 인접한 헬리컬 홈의 부피가 증가 없이 곡선(Q) 상의 최대 부피(Vq)에 수렴한다. 이것은 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 양호한 회전 밸런스를 유지하고, 밀봉 성능을 보장하면서 스크류 펌프(11)의 비효율적인 펌핑 작동을 방지하는데 기여한다.

(2) 톱니 형상(G11, G12, G21, G22)의 치수 오차가 크고, αo=θo 조건이 만족될 때, 틈새(g1, g2)는 도 11a 및 도 11b에 도시되는 바와 같이 생길 수 있다. 그러나, 상기 αo<θo 조건이 만족되는 본 실시예는 틈새(g1, g2) 발생을 방지한다. 따라서, 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)가 0도의 각위치로부터 2바퀴 완전히 회전될 때(0에서 720도로), 유체 이송 부피(V1+V2)는 증가 없이 확실하게 곡선(Q) 상의 최대 부피(Vq)에 수렴한다.

(3) 제1 스크류 로터(13) 및 제2 스크류 로터(14)의 제2 곡선부(B1D1, B2D2)는, 각각 인벌루트 곡선(B1E1, B2E2)과 제2 트로코이드 곡선(E1D1, E2D2)에 의해 형성되는 복합 곡선에 의해 형성된다. 이러한 복합 곡선의 사용은 제2 곡선부(B1D1, B2D2)가 짧게 되도록 하고, 그로 인해, 톱니 정상부(A1B1, A2B2) 및 톱니 저면부(C1D1, C2D2)의 원주 방향 길이가 증가 되도록 하여, 따라서, 각도(β1, β2)가 증가되도록 한다. 이러한 톱니 정상부(A1B1, A2B2)의 증가된 원주 방향 길이는 회전 축(151, 161)을 따라 마루(crest)(271, 351)(도 1 참조)의 축 방향 길이를 증가시키고, 따라서, 마루(271, 351)와 로터 하우징(12) 내부의 주변 면 사이의 축 방향 밀봉 길이를 증가시킨다. 이것은, 마루(271, 351)와 로터 하우징(12) 내부의 주변 면 사이의 유체 누수를 방지한다.

전술한 실시예는 이하 전형적인 예와 같이 다양한 방식으로 변경될 수 있다.

본 발명은 G11, G12와 같은 톱니 형상을 가진 단일-스레드부 및 다중-스레드부 또는 도 12에 도시된 바와 같은 톱니 형상(G31, G32)을 가진 삼중-스레드부(triple-thread)를 포함하는 스크류 로터에 적용될 수 있다. 톱니 형상(G31, G32)은 일본 심사 공고특허공보 소63-59031호에 기재된 톱니 형상과 실질적으로 동일하다는 점에 유의한다. 톱니 형상(G31, G32)은 트로코이드 곡선에 의해 형성된 제3 곡선부(46A, 46B)를 포함한다. 다중-스레드부의 톱니 형상(G31, G32)과 단일-스레드부의 톱니 형상(G11, G12)은 전술한 조건(1) 또는 (2)를 만족한다.

제2 곡선부(B1D1, B2D2), 제4 곡선부(47A, 47B), 및 곡선부(48A, 48B, 49A, 49B)는 인벌루트 곡선 및 트로코이드 곡선 이외의 다른 원호를 기초로 한 곡선에 의해 형성될 수 있다.

본 발명은 단일-스레드부 및 스레드 수가 4개 이상인 멀티-스레드부를 포함하는 스크류 로터에 적용될 수 있다.

11 스크류 펌프 12 로터 하우징
13 제1 스크류 로터 14 제2 스크류 로터
26, 34 다중-스레드부(이중-스레드부)
29, 37 단일-스레드부 38, 39 경계면
151, 161 회전 축
G11, G12, G21, G22 톱니 형상
A1B1, A2B2, 42A, 42B 톱니 정상부
C1D1, C2D2, 43A, 43B 톱니 저면부
A1, A2, C1, C2, 422A, 422B 일 단부
B1, B2, D1, D2, 421A, 421B 타 단부
A1C2, A2C2 제1 곡선부 B1D2, B2D2 제2 곡선부
46A, 46B 제3 곡선부
B1E1, B2E2 인벌루트 곡선 E1D1, E2D2 트로코이드 곡선
W, Z 회전 방향 δ, ε 스레드 방향
αo 각도차 θo 각도

Claims

로터 하우징(12) 내에서 서로 맞물리는 한 쌍의 스크류 로터(13, 14)의 회전에 의해 유체를 펌프하는 스크류 펌프(11)에 사용하기 위한 스크류 로터로서,
상기 스크류 로터(13, 14)는 펌프 흡입측에 다중-스레드부(26, 34) 및 펌프 토출측에 단일-스레드부(29, 37)를 포함하고,
상기 단일-스레드부(29, 37)는 상기 스크류 로터(13, 14)의 회전 축(151, 161)에 수직인 가상면에서의 톱니 형상(G11, G12)을 포함하고,
상기 단일-스레드부(29, 37)의 상기 톱니 형상(G11, G12)은,
상기 회전 축(151, 161)을 중심으로 원형으로 연장하는 톱니 정상부(A1B1, A2B2);
상기 회전 축(151, 161)을 중심으로 원형으로 연장하고, 반경이 상기 톱니 정상부(A1B1, A2B2)의 반경보다 작은 톱니 저면부(C1D1, C2D2);
트로코이드 곡선(trochoidal curve)에 의해 형성되고, 상기 톱니 정상부(A1B1, A2B2)의 일 단부(A1, A2)와 상기 톱니 저면부(C1D1, C2D2)의 일 단부(C1, C2)를 연결하는 제1 곡선부(A1C2, A2C2); 및
상기 톱니 정상부(A1B1, A2B2)의 타 단부(B1, B2)와 상기 톱니 저면부(C1D1, C2D2)의 타 단부(D1, D2)를 연결하는 제2 곡선부(B1D2, B2D2)를 포함하고,
상기 다중-스레드부(26, 34)는 상기 스크류 로터(13, 14)의 상기 회전 축(151, 161)에 수직인 가상면에서의 톱니 형상(G21, G22)을 포함하고,
상기 다중-스레드부(26, 34)의 상기 톱니 형상(G21, G22)은,
상기 회전 축(151, 161)을 중심으로 원형으로 연장하는 톱니 정상부(42A, 42B);
상기 회전 축(151, 161)을 중심으로 원형으로 연장하고, 반경이 상기 톱니 정상부(42A, 42B)의 반경보다 작은 톱니 저면부(43A, 43B); 및
트로코이드 곡선에 의해 형성되고, 상기 톱니 정상부(42A, 42B)의 일 단부(422A, 422B)와 상기 톱니 저면부(43A, 43B)의 일 단부를 연결하는 제3 곡선부(46A, 46B)를 포함하고,
상기 스크류 로터(13, 14)는, 상기 스크류 로터(13, 14)의 상기 회전 축(151, 161)에 수직인 경계면(38, 39)을 통하여 상기 다중-스레드부(26, 34)의 상기 톱니 형상(G21, G22)이 상기 단일-스레드부(29, 37)의 상기 톱니 형상(G11, G12)에 연결되도록 형성되고,
상기 제1 곡선부(A1C2, A2C2)는 다음의 조건(1) 또는 조건(2):
조건(1): 상기 제1 곡선부(A1C1, A2C2)는 상기 경계면(38, 39)에서 상기 제3 곡선부(46A. 46B)와 일치함;
조건(2): 상기 제1 곡선부(A1C1, A2C2)는 상기 제3 곡선부(46A, 46B)로부터 상기 스크류 로터(13, 14)의 회전 방향(W, Z)에 반대 방향으로 각도차(αo) 만큼 각을 이루어 이격되고, 상기 각도차는 αo <θ이 만족되며, 상기 θ은, 상기 경계면(38, 39)에서, 상기 다중-스레드부(26, 34)의 상기 톱니 정상부(42A, 42B)의 상기 일 단부(422A, 422B)로부터 상기 스크류 로터(13, 14)의 상기 회전 축(151, 161)으로 연장하는 선(L11, L21) 사이의 톱니 정상부 각도이고, 상기 다중-스레드부(26, 34)의 상기 톱니 정상부(42A, 42B)의 상기 타 단부(421A, 421B)로부터 상기 스크류 로터(13, 14)의 상기 회전 축(151, 161)으로 연장하는 선(L12, L22) 사이의 톱니 정상부 각도임
을 만족하는 것을 특징으로 하는, 스크류 로터.
제1항에 있어서,
상기 다중-스레드부(26, 34)의 스레드 수는 2 또는 3인, 스크류 로터.
제1항 또는 제2항에 따른 한 쌍의 스크류 로터(13, 14)를 포함하는 스크류 펌프로서,
상기 스크류 로터(13, 14)는 서로 반대 방향으로 회전하는, 스크류 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1 곡선부(A1C1, A2C2)의 형상이 상기 제3 곡선부(46A, 46B)의 형상과 동일한, 스크류 로터.
제1항에 있어서,
상기 제2 곡선부(B1D1, B2D2)는, 인벌루트 곡선(B1E1, B2E2) 및 트로코이드 곡선(E1D1, E2D2)에 의해 형성된 복합 곡선으로 형성되는, 스크류 로터.