KR20070027558A - 스크류 로터 및 스크류식 유체 기계 - Google Patents

스크류 로터 및 스크류식 유체 기계 Download PDF

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쓰요시 나치
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나부테스코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 스크류식 유체 기계의 누출이 운전시에 항상 일정하게 되는, 즉, 배기실의 틈새가 항상 대략 일정하게 유지되는 스크류식 유체 기계의 제공을 목적으로 하고 있다. 그 목적을 달성하기 위해 스크류식 유체 기계에 있어서, 스크류 로터의 치형의 축직각 단면 형상(805)을, 톱니 바닥부를 구성하는 원호(1)와, 외주부를 구성하는 원호(3)와, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선 중 일방(5)을, 상대측 스크류 로터의 외주상의 점에서 창성(創成)되는 트로코이드(trochoid) 곡선으로 하고, 상기 2곡선의 타방을, 피치원에 의해 피치원으로부터 외주부와, 피치원으로부터 톱니 바닥부로 2등분하고, 일방(7)을 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방(9)을 상대측 스크류 로터의 상기 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선에 따라 창성된 곡선에 의해 치형 형상을 형성했다.
스크류식, 유체 기계, 누출, 배기실, 스크류 로터, 축직각 단면, 트로코이드 곡선, 피치원, 흡기구, 배기구, 펌프 하우징

Description

스크류 로터 및 스크류식 유체 기계{SCREW ROTOR AND SCREW TYPE FLUID MACHINE}
본 발명은, 스크류식 압축기 또는 스크류식 진공 펌프, 스크류식 팽창기 등의 스크류식 유체 기계의 스크류 로터(screw rotor), 특히 그 치형 곡선에 관한 것이다.
종래, 스크류식 유체 기계(이하, 스크류식 드라이 진공 펌프를 예로 하여 설명함)로서는, 예를 들면 한 쌍의 스크류 로터를 하우징 내에 베어링을 통해 고정하고, 이 스크류 로터의 일방을 모터로 구동하고, 이 일방의 스크류 로터에 고정된 타이밍 기어와, 이 일방의 스크류 로터에 고정된 타이밍 기어에 맞물리는 타방의 스크류 로터의 타이밍 기어에 의해 양(兩) 스크류 로터가 간섭하지 않도록 회전시켜, 양 스크류 로터의 회전축 단부측의 하우징에 형성되는 흡기구로부터 배출 가스를 흡기하고, 양 스크류 로터의 타단부측의 하우징에 형성되는 토출구까지 배출 가스를 이송하여 토출하는 스크류식 드라이 진공 펌프가 있다. 이 스크류식 드라이 진공 펌프의 양 스크류 로터로서는 다양한 조합이 있으나, 본 발명에서는 축 직각 단면 형상이 동일 형상인 것으로 설명한다. 이 스크류식 드라이 진공 펌프의 스크류 로터의 치형 곡선은, 예를 들면 일본국 특개평 8-277790호 공보의 스크류 로터 치형 곡선에 보여지는 바와 같이, 양 스크류 로터 및 상기 양 스크류 로터를 격납하는 하우징으로 형성되는 공간을 밀폐하여 이송실을 형성함과 동시에, 실링 효과의 향상을 도모한 치형이 채용되었다.
일본국 특개평 8-277790호 공보에 나타낸 스크류 로터의 치형의 회전축 직각 단면 형상은, 스크류 로터의 회전 중심을 중심으로 하는 원호의 외주부, 스크류 로터의 회전 중심을 중심으로 하는 원호의 톱니 바닥부 및 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2개의 곡선부로 형성되어 있다. 이 일방의 곡선부는, 상대측 스크류 로터의 외주상의 일점 A에서 창성(創成)되는 트로코이드(trochoid) 곡선으로 결정되었다. 그리고 타방의 곡선부는, 사인(sine) 곡선이나 2개의 인볼류트(involute) 곡선으로 결정되었다.
그러나 종래의 스크류식 드라이 진공 펌프에 이용되는 스크류 로터의 치형에서는, 사인 커브나 2개의 인볼류트 곡선과 같은 특정한 함수로 나타낼 수 있는 곡선만으로 설계되어 있으나, 이들 곡선을 이용한 치형에서는 스크류 로터간의 간섭이 발생하는 맞물림 위상이 있고, 모든 맞물림 위상에서 틈새를 0 또는 어떤 균일한 틈새로 할 수 없다. 즉, 로터의 회전 각도에 의해 틈새가 변화하므로, 이 틈새가 커지는 부분이 발생하고, 이 큰 틈새로부터 이송중인 배출 가스가 다량 누출되어 버리는 문제가 발생한다. 따라서 배기 챔버측으로 역류하는 배출 가스량이 많아, 배기 속도를 향상시키는 것이 곤란해진다.
그래서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 스크류식 유체 기계의 이송중인 배출 가스가 누출되어 흡기측으로 역류하는 양을 최대한 억제할 수 있다. 즉, 운전시의 배기실 내의 이송실의 틈새가 항상 대략 일정하게 유지되는 스크류식 유체 기계의 제공을 목적으로 하고 있다.
청구항 1의 발명에 따르면, 치형의 축직각 단면 형상이, 톱니 바닥부를 구성하는 원호와, 외주부를 구성하는 원호와, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선으로 구성되는 스크류 로터에 있어서, 상기 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선 중 일방의 곡선을 맞물림 상대측 스크류 로터의 외주상의 점에서 창성(創成)되는 트로코이드(trochoid) 곡선으로 하고, 타방의 곡선을 피치원으로부터 외주부와, 피치원으로부터 톱니 바닥부로 2등분하고, 이 2등분한 일방을 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 다른 스크류 로터의 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선에 의해 맞물림시에 창성된 곡선으로 형성한 곡선으로 하여 치형의 축직각 단면 형상을 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선 중 타방의 곡선은, 스크류 로터의 회전축 직각 단면에 있어서 외주부와 톱니 바닥부간을 반경 방향에서 등간격으로 짝수 분할하고, 이 짝수 분할한 반수(半數)부를 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 상대측 스크류 로터의 해당 소정의 미리 결정된 곡선에 따라 창성된 곡선에 의해서도 치형 형상을 형성할 수 있다.
청구항 2의 발명에 따르면, 치형의 축직각 단면 형상이, 톱니 바닥부를 구성하는 원호와, 외주부를 구성하는 원호와, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2치형 곡선으로 구성되는 스크류 로터에 있어서, 상기 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2치형 곡선 중, 일방의 치형 곡선을 다른 스크류 로터의 맞물림 부분과 간섭하지 않고, 또한 다른 공간과 간격이 떨어진 이송실을 형성할 수 있는 치형 곡선으로 하고, 타방의 치형 곡선을 피치원으로부터 외주부와, 피치원으로부터 톱니 바닥부로 2등분하고, 이 2등분한 일방을 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 다른 스크류 로터의 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선에 의해 맞물림시에 창성된 곡선으로 형성한 치형 곡선으로 하여 치형의 축직각 단면 형상을 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2치형 곡선 중 일방의 치형 곡선으로서는, 특히 스크류식 진공 펌프로서 이용하는 경우, 맞물림 상대측 스크류 로터의 외주상의 점에서 창성되는 트로코이드 곡선을 선택하는 것이 가장 적합하나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 타방의 치형 곡선은, 스크류 로터의 회전축 직각 단면에 있어서 외주부와 톱니 바닥부간을 반경 방향에서 등간격으로 짝수 분할하고, 이 짝수 분할한 반수(半數)부를 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 상대측 스크류 로터의 해당 소정의 미리 결정된 곡선에 따라 창성된 곡선에 의해서도 치형 형상을 형성할 수 있다.
청구항 3의 발명에 따르면, 상기 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선부를 원호와 직선으로 형성한 것을 특징으로 한다. 상기 2등분한 일방을 구성하는 원호와 직선은 톱니 바닥부 혹은 외주부와 부드럽게 연결되고, 또한 상기 2등분한 타방의 톱니와도 부드럽게 연결되는 배치 및 배열을 선택할 수 있다면, 원호와 직선의 조합수에 제한은 없다. 또한 원호와 직선에만 제한되는 것은 아니다.
청구항 4의 발명에 따르면, 상기 소정의 미리 결정된 곡선부로서 사인(sine) 커브로 형성한 것을 특징으로 한다. 이 사인 커브는 상기 2등분한 일방을 톱니 바닥부 혹은 외주부와 부드럽게 연결되고, 또한 상기 2등분한 타방의 톱니와도 부드럽게 연결되는 배치 및 배열을 선택할 수 있다면, 사인 커브수에 제한은 없다. 또한 사인 커브에만 제한되는 것은 아니다. 그러나 치형의 제조상, 1개의 곡선에서만 2등분한 일방의 치형을 형성하는 쪽이 간이화할 수 있다.
청구항 5의 발명에 따르면, 흡기구 및 배기구를 가지는 펌프 하우징과, 서로 맞물리면서 회전하도록 각각 상기 펌프 하우징 내에 회전 가능하게 수납된 한 쌍의 스크류 로터를 구비하고, 상기 펌프 하우징과 각 스크류 로터와의 사이에 양 스크류 로터의 맞물림 부분에서 서로 구분되어, 양 스크류 로터의 회전에 의해 흡기구측으로부터 배기구측으로 이송되는 복수의 이송실을 형성한 스크류식 유체 기계에 있어서, 스크류 로터의 치형의 축직각 단면 형상을, 톱니 바닥부를 구성하는 원호와, 외주부를 구성하는 원호와, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선으로 구성하고, 이 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선 중 일방의 곡선을 상대측 스크류 로터의 외주상의 점에서 창성되는 트로코이드 곡선으로 하고, 타방의 곡선을 피치원에 의해 피치원으로부터 외주부와, 피치원으로부터 톱니 바닥부로 2등분 하고, 일방을 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 상대측 스크류 로터의 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선에 따라 맞물림 시에 창성된 곡선에 의해 형성한 곡선으로 하여 치형 형상을 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선 중 타방의 곡선은, 스크류 로터의 회전축 직각 단면에 있어서 외주부와 톱니 바닥부간을 반경 방향에서 등간격으로 짝수 분할하고, 이 짝수 분할한 반수(半數)부를 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 상대측 스크류 로터의 해당 소정의 미리 결정된 곡선에 따라 창성된 곡선에 의해서도 치형 형상을 형성할 수 있다.
청구항 6의 발명에 따르면, 흡기구 및 배기구를 가지는 펌프 하우징과, 서로 맞물리면서 회전하도록 각각 상기 펌프 하우징 내에 회전 가능하게 수납된 한 쌍의 스크류 로터를 구비하고, 상기 펌프 하우징과 각 스크류 로터와의 사이에 양 스크류 로터의 맞물림 부분에서 서로 구분되어, 양 스크류 로터의 회전에 의해 흡기구측으로부터 배기구측으로 이송되는 복수의 이송실을 형성한 스크류식 유체 기계에 있어서, 스크류 로터의 치형의 축직각 단면 형상을, 톱니 바닥부를 구성하는 원호와, 외주부를 구성하는 원호와, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2치형 곡선으로 구성하고, 이 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선 중 일방의 치형 곡선을 상대측 스크류 로터의 맞물림 부분과 간섭하지 않고, 또한 상기 각 이송실을 서로 이웃하는 다른 이송실과 간격을 둘 수 있는 치형 곡선으로 하고, 타방의 치형 곡선을 피치원에 의해 피치원으로부터 외주부와, 피치원으로부터 톱니 바닥부로 2등분 하고, 일방을 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 상대측 스크류 로터의 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선에 따라 맞물림 시에 창성된 곡선에 의해 형성한 치형 곡선으로 하여 치형 형상을 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2치형 곡선 중 일방의 치형 곡선으로서는, 특히 스크류식 진공 펌프로서 이용하는 경우, 맞물림 상대측 스크류 로터의 외주상의 점에서 창성되는 트로코이드 곡선을 선택하는 것이 가장 적합하나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 타방의 치형 곡선은, 스크류 로터의 회전축 직각 단면에 있어서 외주부와 톱니 바닥부간을 반경 방향에서 등간격으로 짝수 분할하고, 이 짝수 분할한 반수(半數)부를 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 상대측 스크류 로터의 해당 소정의 미리 결정된 곡선에 따라 창성된 곡선에 의해서도 치형 형상을 형성할 수 있다.
청구항 7의 발명에 따르면, 상기 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선부를 원호와 직선으로 형성한 것을 특징으로 한다. 상기 2등분한 일방을 구성하는 원호와 직선은 톱니 바닥부 혹은 외주부와 부드럽게 연결되고, 또한 상기 2등분한 타방의 톱니와도 부드럽게 연결되는 배치 및 배열을 선택할 수 있다면, 원호와 직선의 조합수에 제한은 없다. 또한 원호와 직선에만 제한되는 것은 아니다.
청구항 8의 발명에 따르면, 상기 소정의 미리 결정된 곡선부로서 사인(sine) 커브로 형성한 것을 특징으로 한다. 이 사인 커브는 상기 2등분한 일방을 톱니 바닥부 혹은 외주부와 부드럽게 연결되고, 또한 상기 2등분한 타방의 톱니와도 부드럽게 연결되는 배치 및 배열을 선택할 수 있다면, 사인 커브수에 제한은 없다. 또한 사인 커브에만 제한되는 것은 아니다. 그러나 치형의 제조상, 1개의 곡선에서만 2등분한 일방의 치형을 형성하는 쪽이 간이화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 스크류식 드라이 진공 펌프를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 형성하는 제1 과정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 형성하는 제2 과정을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 형성하는 제3 과정을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 형성하는 제4 과정을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 형성하는 제5 과정을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 형성하는 제6 과정을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 형성하는 제7 과정을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 형성하는 제8 과정을 나타낸다.
(도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명)
100 : 스크류식 드라이 진공 펌프
110 : 케이싱
101,102 : 샤프트
111,112,113,114 : 베어링
103,104 : 스크류 로터
106,115 : 타이밍 기어
107 : 흡기구
108 : 배출구
109 : 배기측 플랜지
116,117,118,119 : 축 실
201 : 피치원
이하 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본건 발명의 스크류 로터를 이용한 스크류식 드라이 진공 펌프(100)의 실시예이다.
스크류식 드라이 진공 펌프(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 케이싱(110) 안에 2개의 평행한 샤프트(101,102)가 각각 베어링(111,112,113,114)으로 지지되고, 이것에는 서로 맞물리는 스크류 홈을 가지는 스크류 로터(103,104)가 고착되어 있다. 일방의 샤프트(101)는 모터(105)에 의해 회전 구동되고, 이 회전은 샤프트(101)에 고정된 타이밍 기어(106)에 의해, 이 타이밍 기어(106)에 맞물려 타방의 샤프트(102)에 고정되어 있는 타이밍 기어(115)에 전달된다. 즉, 스크류 로터(103,104)는 타이밍 기어(106,115)에 의해 동기(同期)하여 회전한다. 케이 싱(110)은, 미도시의 배기 챔버 내의 배출 가스를 배기실 내로 넣기 위한 흡기구(107) 및 배기실 내에서 흡기구(107) 측으로부터 이송되어 온 배출 가스를 배출하기 위한 배출구(108)를 구비하고 있다. 이상의 구성에 의해 스크류 로터(103,104)를 동기하여 반전시킴으로써, 스크류 로터(103,104) 및 케이싱(110)에서 형성한 배기실 내의 이송실에 가둔 배출 가스를 스크류 로터(103,104)의 회전에 의해 축방향으로 이동하여 배기한다.
이 스크류형 드라이 진공 펌프의 작용은, 흡기구(107)로부터 배기실 내로 기체를 흡입하는 흡입 과정과, 배기실 내부에서 기체를 이송하는 이송 과정과, 배출구(108)로부터 기체를 토출하는 토출 과정으로 되어 있다.
여기서 흡기구(107)는 도 1과 같이 하우징 상단면에 배치해도 무방하나, 하우징의 측면에, 축 직각 방향으로부터 봤을 때 스크류 로터와 겹치는 위치에 흡기구를 배치해도 무방하다. 배기구에 대해서는, 단부에서, 배기측 플랜지(109) 상면과 스크류 로터 배기측 단면의 틈새를 양 스크류 로터간이나, 양 스크류 로터 측면과 하우징간의 틈새와 마찬가지로 좁게 하면, 배기구의 위치나 크기를 바꿈으로써 이송실과 배출측 외기와의 접속 타이밍을 조절하는 것이 가능해져, 배출 가스의 배출 압력을 바꿀 수 있다. 또한 상기 하우징의 측단부에 배출구가 열려 있는 경우에는, 배기 통로 및 배기구를 크게 할 수 있어, 진공 펌프의 경우 유지성이 향상된다.
또한 반도체 제조 장치와 같이 불순물의 혼입을 꺼리는 장치에 스크류식 드라이 진공 펌프를 이용한 경우, 베어링(111,112,113,114)이나 타이밍 기 어(106,115)를 윤활하기 위한 윤활유 등이 배기실 내로 새어 들어가지 않도록 축 실(seal)(116,117,118,119)이 샤프트와 하우징 간의 배기실측에 설치되어 있다.
상기 배기실 내에는, 한 쌍의 스크류 로터 및 하우징에 의해 밀폐된 이송실이 스크류 로터의 가닥 수 및 감는 수에 따라 복수실 형성되고, 상기 흡기구(107)로부터 흡입된 배출 가스를 이 이송실 내에 가두고, 스크류 로터의 회전에 따라 배출 가스를 배출구(108)로 이송하고, 이 배출구(108)로부터 배출 가스를 토출한다.
운전시의 스크류식 드라이 진공 펌프의 배기 성능은, 배기실 내에 형성된 이송실의 밀폐도에 의해 크게 변화한다. 즉, 배출 가스는 고압측으로부터 저압측으로 흐르기 때문에, 밀폐도가 나쁘면 흡기구(107)로부터 배출구(108)로 배출 가스가 이송되는 사이에, 이 이송실 내에 가두어져 있는 배출 가스가 흡기구(107) 측으로 누출되어 버려 배기 성능이 나빠진다.
이 이송실의 밀폐는 양 스크류 로터의 외주부와 하우징간, 일방의 스크류 로터의 톱니 바닥부와 타방의 스크류 로터의 외주부간 및 각 스크류 로터의 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선간에서 실링선을 형성하고 있다.
여기서, 상기 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 있어서 AB간은 톱니 바닥부, CD간은 외주부, BC간 및 AD간은 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선을 나타낸다. BC간은 트로코이드 곡선으로 형성되고, AD간은, 외주 원호와 톱니 바닥 원호의 중간의 직경을 가지는 스크류 로터의 회전축 O를 중심으로 하는 피치원(201)을 경계로 하여 톱니 바닥측(203)을 원호와 직선을 조합한 곡선으로 형성하고, 외주측(205)을 창성(創成) 곡선에 의해 형 성하고 있다.
상기 실링선 상에서 틈새가 큰 부분이 있으면, 해당 틈새로부터 이송실의 배출 가스가 새어 버려 배기 효율이 나빠진다. 이 실링선을 따른 틈새는, 양 스크류 로터의 외주부 CD간과 하우징간, 일방의 스크류 로터의 톱니 바닥부와 타방의 스크류 로터의 외주부간 및 스크류 로터의 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 트로코이드 곡선부간은 항상 일정한 틈새를 유지하며 운전할 수 있는 치형을 형성할 수 있다. 그러나, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 AD간의 맞물림부는 종래 설계에서는, 운전시의 양 스크류 로터의 회전 각도에 의해 틈새가 변화했었다. 그 때문에 가장 틈새가 작아지는 부분을 기준으로 하여, 이 가장 작은 틈새를 상기 다른 일방의 틈새 부분과 틈새를 동일하게 한 경우, 타방의 곡선부에 큰 틈새가 되는 부분이 발생하고, 해당 부분으로부터 이송실 내의 배출 가스가 새어, 흡기구측으로 역류하여 배기 효율을 악화시켰으나, 본건 실시예와 같이 해당 부분을 피치원(201)을 경계로 하여 톱니 바닥측(203)을 원호와 직선을 조합한 곡선으로 형성하고, 외주측(205)을 창성 곡선에 의해 형성하고 있으므로, 해당 창성 곡선부에 자유도가 있고, 운전시에 해당 맞물림부의 틈새를 항상 다른 부분의 틈새와 동일하게 유지할 수 있는 치형을 형성할 수 있어, 극히 양호한 실링 성능을 가지는 스크류식 드라이 진공 펌프를 구성할 수 있다.
다음으로, 도 3 내지 도 10을 참조하여 본 실시예의 스크류 치형의 형성 과정을 설명한다.
먼저 도 3에서, AB간의 톱니 바닥부를 스크류 로터의 회전축 O를 중심으로 하는 원호, CD간의 외주부를 스크류 로터의 회전축 O를 중심으로 하는 원호, BC간을 트로코이드 곡선으로 형성하고, AD간의 치형을 형성하기 전의 스크류 로터의 회전축 직각 단면 형상을 나타낸다.
다음으로 도 4에 있어서, 외주 원호와 톱니 바닥 원호의 중간의 직경을 가지는 스크류 로터의 회전축 O를 중심으로 하는 피치원(201)을 경계로 하여 톱니 바닥측(203)에 톱니 바닥 원호와 외접하고, 외주 원호와 톱니 바닥 원호의 차와 동등한 직경을 가지는 원(301)을 배치한다.
이에, 도 5에 도시한 바와 같이, 스크류 로터의 중심축 O에 대하여 상기 원(301)의 톱니 바닥 원호와의 접점을 연결하는 직선과 외주부의 접점 D를 연결하는 직선이 이루는 각 2θ의 절반이 되는 직선 L과 피치원과의 교점 P를 통하고, 상기 원(301)과 톱니 바닥측에서 접하는 직선부(403)를 형성하고, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 원(301)의 톱니 바닥과 직선부(403)가 접하는 부분 및 피치원(201)으로부터 원(301)과 접하기까지의 직선부(403)에 의해 톱니 바닥측(203)의 치형을 형성한다.
다음으로 도 7에 도시한 바와 같이, 스크류 로터(701)에 대하여, 타방의 동(同) 형상의 스크류 로터(703)를 피치원(201)의 직경만큼 떨어진 위치에 180°위상을 이동시켜 배치한다.
다음으로 도 8에 도시한 바와 같이, 일방의 스크류 로터(701)를 고정하고, 타방의 스크류 로터(703)를, 운전 상태의 양 스크류 로터의 위치 관계에 맞춰 일방의 스크류 로터(701)의 주위를, 맞물림 위상을 이동시키면서 회전시킨다.
이때 도 9에 도시한 바와 같이, 각 위상에 있어서, 일방의 스크류 로터(701)의 외주측 톱니부(901)가 타방의 스크류 로터의 톱니 바닥측 톱니와 간섭하지 않도록, 타방의 스크류 로터의 톱니 바닥측 톱니(903)의 가장 외측의 선을 P부터 D의 사이에서 연결한 창성 곡선으로 외주측 치형을 형성한다.
이상과 같이, 스크류 로터(805)는 도 10에 도시한 바와 같은 회전축 직각 단면 형상의 치형을 가져, 어떠한 위상에서도 틈새가 거의 0mm인 완전 치형이 가능하다. 그러나 오일 프리로 운전한 경우, 양 스크류 로터간의 마찰이나 배출 가스의 압축 등에 의해 스크류 톱니면 직각 방향으로 열팽창 하기 때문에, 일정한 틈새(0.05~0.3mm)를 설치할 필요가 있다. 이 경우에는, 상기 틈새가 거의 0mm인 완전 치형을 기준으로 각 스크류 로터의 스크류 톱니면 직각 방향으로 일정량(0.025~0.15mm)을 수정하면, 모든 맞물림 위상에서 균일한 틈새를 얻을 수 있다.
종래의 치형이라면, 간섭하는 가장 틈새가 작아지는 부분을 열팽창 등으로부터 결정되는 틈새 설계 최소치에 맞추게 되므로, 틈새가 커지는 위상이 발생해 버리나, 본 실시예의 스크류 로터를 가지는 스크류식 드라이 진공 펌프라면, 위상에 따라 틈새는 일정치로서, 배기 효율이나 열팽창 등을 가미한 최적의 설계를 행할 수 있다. 이에 따라 틈새에 의한 누출을 최소한으로 억제할 수 있어, 배기 효율을 높이고 소비 전력 저감을 도모할 수 있게 된다.
청구항 1의 발명에 따르면, 스크류 로터를 맞물리게 하여 회전시켰을 때, 회전 각도에 관계없이 항상 스크류 로터간의 틈새가 일정해지는 스크류 로터의 치형 을 용이하게 형성할 수 있다.
청구항 2의 발명에 따르면, 스크류 로터를 맞물리게 하여 회전시켰을 때, 회전 각도에 관계없이 항상 스크류 로터간의 틈새가 일정해지는 스크류 로터의 치형을 용이하게 형성할 수 있다.
청구항 3의 발명에 따르면, 피치원에 의해 2등분한 일방의 치형의 톱니 바닥부 또는 외주부로의 접합 부분에 원호를 이용함으로써, 부드럽게 접합부가 접속된 스크류 로터의 치형을 용이하게 형성할 수 있다.
청구항 4의 발명에 따르면, 최소 1개의 곡선에 의해 용이하게 소정의 미리 결정된 피치원에 의해 2등분한 일방의 곡선을 구성하고, 톱니 바닥부 또는 외주부의 접합 부분에 부드럽게 접합부가 접속된 스크류 로터의 치형을 용이하게 형성할 수 있다.
청구항 5의 발명에 따르면, 스크류 로터를 맞물리게 하여 회전시켰을 때, 회전 각도에 의해 항상 스크류 로터간의 틈새가 일정해지는 스크류 로터의 치형을 가지는 스크류식 유체 기계를 용이하게 구성할 수 있다.
청구항 6의 발명에 따르면, 스크류 로터를 맞물리게 하여 회전시켰을 때, 회전 각도에 의해 항상 스크류 로터간의 틈새가 일정해지는 스크류 로터의 치형을 가지는 스크류식 유체 기계를 용이하게 구성할 수 있다.
청구항 7의 발명에 따르면, 피치원에 의해 2등분한 일방의 치형의 톱니 바닥부 또는 외주부로의 접합 부분에 원호를 이용함으로써, 부드럽게 접합부가 접속된 스크류 로터의 치형을 가지는 스크류식 유체 기계를 용이하게 구성할 수 있다.
청구항 8의 발명에 따르면, 최소 1개의 곡선에 의해 용이하게 소정의 미리 결정된 피치원에 의해 2등분한 일방의 곡선을 구성하고, 톱니 바닥부 또는 외주부의 접합 부분에 부드럽게 접합부가 접속된 스크류 로터의 치형을 가지는 스크류식 유체 기계를 용이하게 구성할 수 있다.

Claims (8)

  1. 치형의 축직각 단면 형상이, 톱니 바닥부를 구성하는 원호와, 외주부를 구성하는 원호와, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선으로 구성되는 스크류 로터에 있어서,
    상기 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선 중 일방의 곡선을 맞물림 상대측 스크류 로터의 외주상의 점에서 창성(創成)되는 트로코이드(trochoid) 곡선으로 하고, 타방의 곡선을 피치원으로부터 외주부와, 피치원으로부터 톱니 바닥부로 2등분하고, 이 2등분한 일방을 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 다른 스크류 로터의 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선에 의해 맞물림시에 창성된 곡선으로 형성한 곡선으로 하여 치형의 축직각 단면 형상을 구성한 것을 특징으로 하는 스크류 로터.
  2. 치형의 축직각 단면 형상이, 톱니 바닥부를 구성하는 원호와, 외주부를 구성하는 원호와, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2치형 곡선으로 구성되는 스크류 로터에 있어서,
    상기 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2치형 곡선 중, 일방의 치형 곡선을 다른 스크류 로터의 맞물림 부분과 간섭하지 않고, 또한 다른 공간과 간격이 떨어진 이송실을 형성할 수 있는 치형 곡선으로 하고, 타방의 치형 곡선을 피치원으로부터 외주부와, 피치원으로부터 톱니 바닥부로 2등분하고, 이 2등분한 일방을 소정 의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 다른 스크류 로터의 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선에 의해 맞물림시에 창성된 곡선으로 형성한 치형 곡선으로 하여 치형의 축직각 단면 형상을 구성한 것을 특징으로 하는 스크류 로터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선부를 원호와 직선으로 형성한 것을 특징으로 하는 스크류 로터.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 소정의 미리 결정된 곡선부로서 사인(sine) 커브로 형성한 것을 특징으로 하는 스크류 로터.
  5. 흡기구 및 배기구를 가지는 펌프 하우징과, 서로 맞물리면서 회전하도록 각각 상기 펌프 하우징 내에 회전 가능하게 수납된 한 쌍의 스크류 로터를 구비하고, 상기 펌프 하우징과 각 스크류 로터와의 사이에 양 스크류 로터의 맞물림 부분에서 서로 구분되어, 양 스크류 로터의 회전에 의해 흡기구측으로부터 배기구측으로 이송되는 복수의 이송실을 형성한 스크류식 유체 기계에 있어서,
    스크류 로터의 치형의 축직각 단면 형상을, 톱니 바닥부를 구성하는 원호와, 외주부를 구성하는 원호와, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선으로 구성하고, 이 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선 중 일방의 곡선을 상대측 스크류 로터 의 외주상의 점에서 창성되는 트로코이드 곡선으로 하고, 타방의 곡선을 피치원에 의해 피치원으로부터 외주부와, 피치원으로부터 톱니 바닥부로 2등분 하고, 일방을 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 상대측 스크류 로터의 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선에 따라 맞물림 시에 창성된 곡선에 의해 형성한 곡선으로 하여 치형 형상을 구성한 것을 특징으로 하는 스크류식 유체 기계.
  6. 흡기구 및 배기구를 가지는 펌프 하우징과, 서로 맞물리면서 회전하도록 각각 상기 펌프 하우징 내에 회전 가능하게 수납된 한 쌍의 스크류 로터를 구비하고, 상기 펌프 하우징과 각 스크류 로터와의 사이에 양 스크류 로터의 맞물림 부분에서 서로 구분되어, 양 스크류 로터의 회전에 의해 흡기구측으로부터 배기구측으로 이송되는 복수의 이송실을 형성한 스크류식 유체 기계에 있어서,
    스크류 로터의 치형의 축직각 단면 형상을, 톱니 바닥부를 구성하는 원호와, 외주부를 구성하는 원호와, 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2치형 곡선으로 구성하고, 이 외주부와 톱니 바닥부를 연결하는 2곡선 중 일방의 치형 곡선을 상대측 스크류 로터의 맞물림 부분과 간섭하지 않고, 또한 상기 각 이송실을 서로 이웃하는 다른 이송실과 간격을 둘 수 있는 치형 곡선으로 하고, 타방의 치형 곡선을 피치원에 의해 피치원으로부터 외주부와, 피치원으로부터 톱니 바닥부로 2등분 하고, 일방을 소정의 미리 결정된 곡선으로 형성하고, 타방을 상대측 스크류 로터의 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선에 따라 맞물림 시에 창성된 곡선에 의해 형성한 치형 곡선으로 하여 치형 형상을 구성한 것을 특징으로 하는 스크류식 유체 기계.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 2등분한 일방의 소정의 미리 결정된 곡선부를 원호와 직선으로 형성한 것을 특징으로 하는 스크류식 유체 기계.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 소정의 미리 결정된 곡선부로서 사인(sine) 커브로 형성한 것을 특징으로 하는 스크류식 유체 기계.
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