JP6273661B2 - スクリューロータ - Google Patents

Description

本発明は、スクリュコンプレッサに用いられるスクリューロータに関するものである。

スクリュコンプレッサは外周に螺旋溝が設けられた２本のスクリューロータとそれらを内包するケーシングとを有する。２本のロータは互いに噛合いながら同期して回転する。
スクリュコンプレッサは、ロータを回転させることによりケーシングとロータ間の空間を狭め、ケーシングとそれらの間に閉じ込められた流体を圧縮する装置である。
かかるスクリューロータの歯形形状は、例えば特許文献１〜５に開示されている。

特開２００７−１４６６５９号公報 特開２００９−２４３３２５号公報 特開２００１−２２７４８５号公報 特開２０００−１５４７９２号公報 特開平９−１００７８８号公報

図１Ａ〜図１Ｃは、従来のスクリューロータの説明図である。図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは流体圧縮の過程を順に示している。
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃにおいて、２本のロータにはそれぞれ複数の歯山或いは歯溝がある。各ロータは、回転軸まわりに各々整合のとれたねじれ角でねじれた形状をしている。
以下、本発明において、２本のロータのうち複数の歯山１ａを有するものを「雄ロータ１」と呼び、複数の歯溝２ａを有するものを「雌ロータ２」と呼ぶ。

図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃにおいて、雄ロータ１の歯山１ａと雌ロータ２の歯溝２ａとケーシング３による流体の閉じ込め空間４を斜線部で示す。この閉じ込め空間４は、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃの順に断面形状が変化する。最終的には、閉じ込め空間４は、雄ロータ１と雌ロータ２の間にできる断面積が最小となるところで軸方向に絞られる。
閉じ込め空間４は、雄ロータ１と雌ロータ２の回転により軸方向に移動する。結果として閉じ込め空間４が徐々に狭められることにより、流体を圧縮する。

圧縮流体の漏れ位置は、図１Ａでは雄ロータ１及び雌ロータ２とケーシング３の間の歯先シール面ａ、図１Ｂでは歯先シール面ａとロータ間シール線ｂ、図１Ｃではロータ間シール線ｂである。

図２Ｂは、漏れ経路の説明図である。
図２Ｂに示すように、雄ロータ１の歯先（後述する雄後進側歯先点Ｂ１）がケーシング３から離れる。その後、雌ロータ２の歯先円弧Ｃ２（後述する雌前進側歯先円弧２４ｂ）が雄ロータ１の後進歯面に接するまでの回転位相において、雄ロータ１と雌ロータ２とケーシング３の間に間隙（以降、「ブロー孔」という）が出現する。このブロー孔により圧縮流体の漏れ５が発生するため圧縮機の効率が低下する。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、雄ロータ及び雌ロータとケーシングとの間隙（ブロー孔）を小さくすることができ、これにより圧縮流体の漏れ量を減少させ、圧縮機効率を高めることができるスクリューロータを提供することにある。

上記の目的を達成するために、それぞれ複数の歯山或いは歯溝がある雄ロータと雌ロータを含み、ケーシングにより形成された作動空間内で前記雄ロータと前記雌ロータとが、互いに噛み合い、それぞれの回転軸まわりに回転し得るスクリューロータであって、
（Ａ）前記回転軸に垂直な断面において、
前記雄ロータは、雄ピッチ円と雄歯先円とを有し、
前記雌ロータは、前記雄ピッチ円とピッチ点Ｐで接する雌ピッチ円と、前記雄歯先円と接する雌歯底円とを有し、
（Ｂ）雄ロータ歯山は、
前記雄歯先円上に位置する雄前進側歯先点Ａ１と雄後進側歯先点Ｂ１と、
前記雄ピッチ円上に位置する雄前進側歯根点Ｃ１’と雄後進側歯根点Ｄ１’と、
前記雄前進側歯先点Ａ１と前記雄前進側歯根点Ｃ１’の間にあり、前記雄ロータ歯山と雌ロータ歯溝が正対したときに前記雄ロータ歯山の前進歯面と前記雌ピッチ円の交点に位置する雄前進中間点Ｅ１と、を有し、
（Ｃ）前記雌ロータ歯溝は、
前記雌歯底円上に位置する雌後進側歯根点Ａ２と雌前進側歯根点Ｂ２と、
前記雌ピッチ円上に位置する雌後進側歯先点Ｃ２’と雌前進側歯先点Ｄ２’と、を有し、
（Ｄ）前記雄ロータ歯山と前記雌ロータ歯溝が正対したとき、前記雄前進側歯先点Ａ１から前記雄前進中間点Ｅ１までと、前記雌後進側歯根点Ａ２から前記雌後進側歯先点Ｃ２’までは、前記ピッチ点Ｐを中心とする同一の円弧として重なり、
前記雄ロータの前記雄前進中間点Ｅ１から前記雄前進側歯根点Ｃ１’までは、前記雌ロータの前記雌後進側歯先点Ｃ２’により創成される第１の外サイクロイド曲線であり、
（Ｅ）前記スクリューロータの特定の回転位相において、前記雄後進側歯先点Ｂ１と、前記雌前進側歯先点Ｄ２’と、前記ケーシングの前記雄ロータとの相対面と前記雌ロータとの相対面の交点Ｑの３点を重ね、そこから回転位相を進めるに従い、前記雄後進側歯先点Ｂ１から雄後進側歯根点Ｄ１’までを前記雌前進側歯先点Ｄ２’により創成される第２の外サイクロイド曲線とし、前記雌前進側歯根点Ｂ２から前記雌前進側歯先点Ｄ２’までを前記雄後進側歯先点Ｂ１により創成される第３の外サイクロイド曲線とするスクリューロータが提供される。

この構成により、ブロー孔面積を最小限に抑制することで、圧縮機効率の劣化を極力抑制することができる。

上記のスクリューロータによれば、ロータの特定の回転位相において、雄後進側歯先点Ｂ１と雌前進側歯先点Ｄ２’とケーシングの雄ロータとの相対面と雌ロータとの相対面の交点Ｑの３点を重ねる。この位相から回転を進めるに従い、雄後進歯面を雌前進側歯先点Ｄ２’により創成される外サイクロイド曲線とし、雌前進歯面を雄後進側歯先点Ｂ１により創成される外サイクロイド曲線とすることで、理想的にはブロー孔を塞ぐことにより、当該部の流体の漏れによる圧縮機効率の劣化を僅少することができる。

従来のスクリューロータの説明図である。 従来のスクリューロータの別の説明図である。 従来のスクリューロータの別の説明図である。 第１の漏れ経路の説明図である。 第２の漏れ経路の説明図である。 本発明による理想的な歯形の説明図である。 本発明による理想的な歯形の別の説明図である。 本発明による閉じ込め空間の低減方法の説明図である。 本発明による実用的な歯形の説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図３Ａ、図３Ｂおよび図５は、本発明によるスクリューロータの説明図であり、スクリューロータの回転軸に垂直な断面を示している。このうち、図３Ａと図３Ｂは理想的な歯形の説明図、図５は実用的な歯形の説明図である。
本発明によるスクリュー圧縮機は、ケーシング３により（好ましくは気密に）形成された作動空間内で平行軸の周囲を回転し得るように構成された雄ロータ１０とこれと噛み合う雌ロータ２０とを有する。
２本のロータ（雄ロータ１０と雌ロータ２０）にはそれぞれ複数の歯山或いは歯溝があり、回転軸まわりに各々整合のとれたねじれ角でねじれた形状をしている。
以下、説明の都合上、雄ロータ１０と雌ロータ２０の回転中心（すなわち、回転軸）が互いに平行であって、水平になっているとする。なお本発明はこれに限定されず、垂直でも斜めであってもよい。

図３Ａ、図３Ｂおよび図５には、雄ロータ歯山１０ａと雌ロータ歯溝２０ａをそれぞれ１歯分だけ示す。この例では雄ロータ１０は反時計回り、雌ロータ２０は時計回りに回転する。雄ロータ歯山１０ａと雌ロータ歯溝２０ａが正対するとき、雄ロータ１０の歯先点（雄前進側歯先点Ａ１）が雌ロータ２０の歯根点（雌後進側歯根点Ａ２）と重なっている。このときの両ロータの回転角度を基準位置すなわち回転角度０度とする。
以下、本発明において、雄ロータ歯山１０ａの回転方向前側（図で上側）を「前進側」と呼ぶ。本発明において、雄ロータ歯山１０ａの前進側と対向する雌ロータ歯溝２０ａの歯面（図で上側）を「後進側」と呼ぶ。本発明において、雄ロータ歯山１０ａの前進側の反対側（図で下側）、すなわち、雄ロータ歯山１０ａの回転方向後側を、「後進側」と呼ぶ。本発明において、雌ロータ歯溝２０ａの後進側の反対側（図で下側）、すなわち、雄ロータ歯山１０ａの後進側と対向する雌ロータ歯溝２０ａの歯面を「前進側」と呼ぶ。
また、前進側歯面を「前進歯面」、後進側歯面を「後進歯面」と呼ぶ。

図３Ａ、図３Ｂおよび図５において、雄ロータ１０は、雄ピッチ円１１と雄歯先円１２とを有する。また、雌ロータ２０は、雄ピッチ円１１とピッチ点Ｐで接する雌ピッチ円２１と、雄歯先円１２と接する雌歯底円２２とを有する。
雌後進側歯根点Ａ２と雌前進側歯根点Ｂ２は、雌歯底円２２上に位置する。
ピッチ点Ｐは、雄ロータ１０の回転中心と雌ロータ２０の回転中心を結ぶ線分を雄ロータ１０の歯数（図１Ａ〜図１Ｃの例では３）と雌ロータ２０の歯数（図１Ａ〜図１Ｃの例では６）の比で内分した点である。
雄ピッチ円１１は、雄ロータ１０の回転中心を中心としピッチ点Ｐを通る仮想上の円である。また、雌ピッチ円２１は、雌ロータ２０の回転中心を中心としピッチ点Ｐを通る仮想上の円である。
ケーシング３（図１Ａ〜図１Ｃ参照）の内面は、雄ロータ１０と相対する部分は雄歯先円１２に近接する円であり、同様に雌ロータ２０と相対する部分は雌歯先円２３に近接する円である。

雄ロータ１０と雌ロータ２０は、雄ピッチ円１１と雌ピッチ円２１が互いに同期して回転する。この同期は、雄ロータ歯山１０ａの歯面と雌ロータ歯溝２０ａの歯面との接触による。なお、別途同期用の歯車を設ける場合もある。

図１Ａ、図３Ａ、図３Ｂおよび図５において、雄ロータ歯山１０ａは、雄歯先円１２上に位置する雄前進側歯先点Ａ１と雄後進側歯先点Ｂ１とを有する。雄前進側歯先点Ａ１から雄後進側歯先点Ｂ１までの雄歯外周面（Ａ１−Ｂ１）は、雄歯先円１２上の円弧であり、雄ロータ１０を囲むケーシング３の内面との間に歯先シール面ａを形成する。
雌ロータ２０の歯山は、雌歯先円２３上に位置する雌前進側歯先点Ｄ２’或いはＧ２と雌後進側歯先点Ｃ２’或いはＦ２とを有する。雌前進側歯先点Ｄ２’或いはＧ２から雌後進側歯先点Ｃ２’或いはＦ２までの雌歯外周面（Ｄ２’／Ｆ２−Ｃ２’／Ｇ２）は、雌歯先円２３上の円弧であり、雌ロータ２０を囲むケーシング３の内面との間に歯先シール面ａを形成する。

図１Ｂ、図３Ａ、図３Ｂおよび図５において、前記に加え、雌ロータ歯溝２０ａは、雌前進側歯先点Ｄ２’或いは雌前進側歯先円弧２４ｂにおいて、雄ロータ歯山１０ａの後進歯面との間にロータ間シール線ｂを形成する。

図１Ｃ、図３Ａ、図３Ｂおよび図５において、雌ロータ歯溝２０ａは、雌後進側歯先点Ｃ２’或いは雌後進側歯先円弧２４ａにおいて、雄ロータ歯山１０ａの前進歯面との間にロータ間シール線ｂを形成する。加えて、雌ロータ歯溝２０ａは、雌前進側歯先点Ｄ２’或いは雌前進側歯先円弧２４ｂにおいて、雄ロータ歯山１０ａの後進歯面との間にロータ間シール線ｂを形成する。
以上の説明は、図３Ａ、図３Ｂおよび図５において、同一である。

以下、図３Ａと図３Ｂの理想的な歯形を最初に説明する。

雄ロータ歯山１０ａは、さらに、雄前進側歯根点Ｃ１’と雄後進側歯根点Ｄ１’と雄前進中間点Ｅ１とを有する。雄前進側歯根点Ｃ１’と雄後進側歯根点Ｄ１’は、雄ピッチ円１１上に位置する。雄前進中間点Ｅ１は、雄前進側歯先点Ａ１と雄前進側歯根点Ｃ１’の間にあり、雄ロータ歯山１０ａと雌ロータ歯溝２０ａが正対する時に雄前進歯面と雌ピッチ円２１の交点に位置する。

雌ロータ歯溝２０ａは、さらに、雌ピッチ円２１上に位置する雌後進側歯先点Ｃ２’と雌前進側歯先点Ｄ２’とを有する。

雄ロータ歯山１０ａと雌ロータ歯溝２０ａが正対したとき、雄前進側歯先点Ａ１から雄前進中間点Ｅ１までと、雌後進側歯根点Ａ２から雌後進側歯先点Ｃ２’までは、ピッチ点Ｐを中心とする同一の円弧として重なる。この円弧の半径は、ピッチ点Ｐから雄前進側歯先点Ａ１（又は雌後進側歯根点Ａ２）までの長さである。
従って、図３Ａに示す雄ロータ歯山１０ａと雌ロータ歯溝２０ａが正対したときには、雄前進歯面（Ａ１−Ｅ１）と雌後進歯面（Ａ２−Ｃ２’）は重なっており、雄ロータ１０の歯山１０ａの前進面と雌ロータ２０の歯溝２０ａの後進面の間のロータ間隙間はなくなる。

図３Ａにおいて、雄前進中間点Ｅ１から雄前進側歯根点Ｃ１’までの雄前進歯面（Ｅ１−Ｃ１’）は、雌後進側歯先点Ｃ２’により創成される第１の外サイクロイド曲線とする。すなわち、雌後進側歯先点Ｃ２’が雄前進側歯根点Ｃ１’に一致している回転位相から雌後進側歯先点Ｃ２’が雄前進中間点Ｅ１に一致する回転位相までの回転位相区間において後進側歯先点Ｃ２’により創成される第１の外サイクロイド曲線が、雄前進側歯根点Ｃ１’から雄前進中間点Ｅ１までの雄前進歯面（Ｅ１−Ｃ１’）となる。
「外サイクロイド曲線」とは、雄ロータ１０と雌ロータ２０が同期して回転するときに、一方の回転するロータに固定された座標系上の点（この例では雌後進側歯先点Ｃ２’）が描く他方の回転するロータに固定された座標系上の曲線（この例では曲線（Ｅ１−Ｃ１’））を意味する。
従って当該回転位相の範囲では常に、雌後進側歯先点Ｃ２’と雄ロータ１０の歯山１０ａの雄前進歯面（Ｅ１−Ｃ１’）は接しながら回転することとなり、当該部をロータ間シール線ｂ（図１Ａ〜図１Ｃ参照）とするロータ間隙間を僅少に維持することができる。

図３Ｂに示すように、ロータの特定の回転位相において、雄後進側歯先点Ｂ１と、雌前進側歯先点Ｄ２’と、ケーシング３の雄ロータ１０との相対面と雌ロータ２０との相対面の交点Ｑとの３点を重ねる。この位相から回転を進めるに従い、雄後進側歯先点Ｂ１から雄後進側歯根点Ｄ１’までの雄後進歯面（Ｂ１−Ｄ１’）を、雌前進側歯先点Ｄ２’により創成される第２の外サイクロイド曲線とする。
従って当該回転位相の範囲では常に、雌前進側歯先点Ｄ２’と雄ロータ歯山１０ａの後進歯面（Ｂ１−Ｄ１’）は接しながら回転することとなり、当該部をロータ間シール線ｂとするロータ間隙間を僅少に維持することができる。

同様に、雌前進側歯根点Ｂ２から雌前進側歯先点Ｄ２’までの雌前進歯面（Ｂ２−Ｄ２’）を、雄後進側歯先点Ｂ１により創成される第３の外サイクロイド曲線とする。
従って当該回転位相の範囲では常に、雄後進側歯先点Ｂ１と雌ロータ歯溝２０ａの雌前進歯面（Ｂ２−Ｄ２’）は接しながら回転することになり、当該部をロータ間シール線ｂとするロータ間隙間を僅少に維持することができる。なお、好ましくは、図３Ａで、雌前進歯面（Ｂ２−Ｄ２’）において、Ｂ２からＢ１までの距離Ｌ１とＢ１からＤ２’までの距離Ｌ２との比Ｌ１：Ｌ２は、２：８〜７：３の範囲内に設定されている。雄後進側歯先点Ｂ１は、雌前進歯面（Ｂ２−Ｄ２’）上の、Ｂ２からＤ２’までの範囲において、雌前進歯面と接触する。

上述した理想的な歯形のスクリューロータでは、ロータの特定の回転位相において、雄後進側歯先点Ｂ１と雌前進側歯先点Ｄ２’とケーシング３の雄ロータ１０との相対面と雌ロータ２０との相対面の交点Ｑの３点が重なる（この位相を、３点の重なり位相という）。そのため、理想的な歯形のスクリューロータでは、上記３点の重なり位相の直前までの回転位相においては雄ロータ１０の歯先と雌ロータ２０の歯先がケーシング３との間にシールを形成する。理想的な歯形のスクリューロータでは、上記３点の重なり位相の直後からの回転位相においては、雄後進側歯先点Ｂ１と雌ロータ歯溝２０ａの前進歯面との間に、及び、雌前進側歯先点Ｄ２’と雄ロータ歯山１０ａの後進歯面との間に、連続してシールを形成する。これにより、理想的にはブロー孔を塞ぐことになり流体の漏れによる圧縮機効率の劣化を僅少することができる。

また、理想的な歯形のスクリューロータでは、好ましくは、図３Ａにおいて、雄ロータ歯山１０ａと雌ロータ歯溝２０ａが正対したときに、雄ロータ１０の後進歯面（Ｂ１−Ｄ１’）と、雌ロータ２０の前進歯面（Ｂ２−Ｄ２’）との間に発生する閉じ込め空間が最小となるように、前進歯面（Ｂ２−Ｄ２’）に対する後進歯面（Ｂ１−Ｄ１’）の位相が設定されている。

次に、図５の実用的な歯形を説明する。
雄ロータ１０の歯山１０ａにおいては、図３Ａと図３Ｂに示した理想的な歯形をベースとして、次の（１）〜（４）の変更がなされる。
（１）前進歯面及び後進歯面を内側に距離ｒ_１だけオフセットする。
（２）雄歯底円１３を雄ピッチ円１１より半径差Δｒ_１だけ小さく設定する。（３）雄歯先円１２を半径差Δｒ_１だけ小さくする。
（４）雄前進側歯根点Ｃ１’を中心とする半径ｒ_１の雄前進側歯根円弧１４ａと、雄後進側歯根点Ｄ１’を中心とする半径ｒ_１の雄後進側歯根円弧１４ｂとにより、前進歯面及び後進歯面を雄歯底円１３と接続する。

なお、好ましくは、上記距離ｒ_１は、雄前進側歯根円弧１４ａの上記半径ｒ_１と、雄後進側歯根円弧１４ｂの上記半径ｒ_１と同じあり、雄歯底円１３の上記半径差Δｒ_１と雄歯先円１２の上記半径差Δｒ_１とも同じである。記号ｒ_１を付した上記距離、上記各半径、及び上記各半径差は、例えば、雄ロータ１０の回転軸と雌ロータ２０の回転軸との距離の０％より大きく、雄ロータ１０の回転軸と雌ロータ２０の回転軸との距離の２０％以下の値である。

また、雌ロータ２０の歯溝２０ａにおいては、図３Ａと図３Ｂに示した理想的な歯形をベースとして、次の（５）〜（８）の変更がなされる。
（５）前進歯面及び後進歯面を外側に距離ｒ_２だけオフセットする。
（６）雌歯底円２２を半径差Δｒ_２だけ大きく設定する。
（７）雌歯先円２３を雌ピッチ円２１より半径差Δｒ_２だけ大きく設定する。
（８）雌後進側歯先点Ｃ２’を中心とする半径ｒ_２の雌後進側歯先円弧２４ａと、雌前進側歯先点Ｄ２’を中心とする半径ｒ_２の雌前進側歯先円弧２４ｂとにより前進歯面及び後進歯面を雌歯先円２３と接続する。

なお、好ましくは、上記距離ｒ_２は、雌後進側歯先円弧２４ａの上記半径ｒ_２と、雌前進側歯先円弧２４ｂの上記半径ｒ_２と同じあり、雌歯底円２２の上記半径差Δｒ_２と雌歯先円２３の上記半径差Δｒ_２とも同じである。記号ｒ_２を付した上記距離、上記各半径、及び上記各半径差は、例えば、雄ロータ１０の回転軸と雌ロータ２０の回転軸との距離の０％より大きく、雄ロータ１０の回転軸と雌ロータ２０の回転軸との距離の２０％以下の値である。

図５において、雄ロータ歯山１０ａは、図３Ａと図３Ｂの歯形を元に上記の手続き（上記の変更）により作成されている。ここで、雄歯底円１３は、雄ピッチ円１１より半径差Δｒ_１だけ半径が小さくなっている。また、前進歯面及び後進歯面の雄ピッチ円１１上の点と雄歯底円１３との間は雄前進側歯根円弧１４ａと雄後進側歯根円弧１４ｂとにより接続されている。
同様に雌ロータ歯溝２０ａは、図３Ａと図３Ｂとの歯形を元に上記の手続き（上記の変更）により作成されている。ここで、雌歯先円２３は、雌ピッチ円２１より半径差Δｒ_２だけ半径が大きくなっている。また、前進歯面及び後進歯面の雌ピッチ円２１上の点と雌歯先円２３との間は雌後進側歯先円弧２４ａと雌前進側歯先円弧２４ｂとにより接続されている。

この構成により、雌ロータ歯先における雄ロータ１０との接触を、エッジから円弧面によるものに変更することでシール部の接触面圧が軽減されるので、ロータ間シール線の磨耗を低減することができる。なお、好ましくは、図５で、雌前進歯面（Ｂ２−Ｇ２）において、Ｂ２からＢ１までの距離ＬａとＢ１からＧ２までの距離Ｌｂとの比Ｌａ：Ｌｂは、１：９〜６：４の範囲内に設定されている。雄後進側歯先点Ｂ１は、雌前進歯面（Ｂ２−Ｇ２）上の、Ｂ２からＧ２までの範囲において、雌前進歯面と接触する。

前述のスクリューロータの特徴に加え、雄ロータ１０の雄歯底円１３の半径差Δｒ_１及び雄前進側歯根円弧１４ａと雄後進側歯根円弧１４ｂの半径ｒ_１は、好ましくは、他の半径差Δｒ_２及び半径ｒ_２（すなわち、雌歯先円２３の上記半径差Δｒ_２と雌後進側歯先円弧２４ａと雌前進側歯先円弧２４ｂの上記半径ｒ_２）より大きく設定されている。すなわち、雄ロータ１０の雄歯底円１３の半径差Δｒ_１及び雄前進側歯根円弧１４ａと雄後進側歯根円弧１４ｂの半径ｒ_１の設定により、雄ロータ歯山１０ａの歯面と雌ロータ歯溝２０ａの歯面とが互いに干渉することを回避する為に必要十分な幅だけ、雄ロータ歯山１０ａが、雄ロータ歯山１０ａを縮小する側或いは雌ロータ歯溝２０ａを拡大する側にオフセットされている（ずれている）。

この構成により、２本のロータの軸間距離の変動に対し干渉を抑制することができる。

図４は、閉じ込め空間の低減方法の説明図である。
前述のスクリューロータの特徴に加え、図４において、雄ロータ歯山１０ａと雌ロータ歯溝２０ａが正対したときに、雄ロータ１０の後進歯面と、雌ロータ２０の前進歯面との間に発生する閉じ込め空間が最小となるように、前進歯面に対する後進歯面の位相が設定されている。これにより、当該部の流体の漏れ流路面積を極小とすることにより、圧縮機効率の劣化を低減することができる

図４は雄ロータ歯山１０ａと雌ロータ歯溝２０ａが正対したときを表している。
図１Ｃに示す２ヶ所のシール線ｂの間は、図４におけるＥ１〜ｄ２の間に相当する。このとき、雄ロータ１０の前進歯面と雌ロータ２０の後進歯面はＡ１−Ｅ１の範囲で重なり、理想的には隙間がない。
図４において、Ｂ１’は、雄前進側歯先点Ａ１に比較的近い位相（位置）に雄後進側歯先点を設定した場合の当該雄後進側歯先点を示す。図４において、ｄ１’とｄ２’は、それぞれ、雄後進側歯先点Ｂ１’を設定した場合における雄後進側歯根点と雌前進側歯先点を示す。また、図４において、符号２６は、雄後進側歯先点Ｂ１’ を設定した場合における閉じ込め空間を示す。図４において、Ａ１は、雄後進側歯先点をＢ１’にした場合と、雄後進側歯先点をＢ１にした場合に共通する雄前進側歯先点を示す。図４において、Ａ２は、これらの両方の場合において同じ位相にある雌後進側歯根点を示す。
図４において、雄ロータ１０の後進歯面と雌ロータ２０の前進歯面の間の閉じ込め空間２６において、雄ロータ１０の歯先円及び後進歯面（Ａ１−ｄ１’）と雌ロータ２０の歯底円及び前進歯面（Ａ２−ｄ２’）は、雄前進側歯先点Ａ１と雄後進側歯先点Ｂ１’が比較的近い位相にある場合の相対位置を示す。この状態から前進歯面と後進歯面の位相差が大きくなる方向に（雄前進側歯先点Ａ１と雄後進側歯先点Ｂ１’の位相を互いに遠く）形状を変化させると、雄ロータ１０の歯先円及び後進歯面（Ａ１−ｄ１）と歯溝２０ａの歯底円及び前進歯面（Ａ２−ｄ２）に示す如くそれらの相対位置も変化する。
この例において、Ａ１−Ｂ１’−ｄ２’に沿って出来る閉じ込め空間２６より、Ａ１−Ｂ１−ｄ２に沿って出来る閉じ込め空間２５の方が面積はより小さい。即ち、雄ロータ１０の後進歯面と雌ロータ２０の後進歯面との間に発生する閉じ込め空間は、前進歯面に対する後進歯面の位相を変化させることにより変化し、最適に位相を設定することで閉じ込め空間２５の面積を極小とすることが出来る。
このように、曲線（Ａ１−ｄ１）と曲線（Ａ２−ｄ２）で囲まれる閉じ込め空間２５が極小となるように、前進歯面に対する後進歯面の位相が設定されている。

この構成により、雄ロータ歯山１０ａと雌ロータ歯溝２０ａが正対した位相における雄ロータ１０と雌ロータ２０の間隙を最小限に抑制することで圧縮機効率の劣化を低減することができる。

上述の実施形態によるスクリューロータは、以下の構成１〜４のように記載されてよい。

（構成１）
それぞれ複数の歯山或いは歯溝がある雄ロータと雌ロータを含み、ケーシングにより形成された作動空間内で前記雄ロータと前記雌ロータとが、互いに噛み合い、それぞれの回転軸まわりに回転し得るスクリューロータであって、
（Ａ）前記回転軸に垂直な断面において、
前記雄ロータは、雄ピッチ円と雄歯先円とを有し、
前記雌ロータは、前記雄ピッチ円とピッチ点Ｐで接する雌ピッチ円と、前記雄歯先円と接する雌歯底円とを有し、
（Ｂ）雄ロータ歯山は、
前記雄歯先円上に位置する雄前進側歯先点Ａ１と雄後進側歯先点Ｂ１と、
前記雄ピッチ円上に位置する雄前進側歯根点Ｃ１’と雄後進側歯根点Ｄ１’と、
前記雄前進側歯先点Ａ１と前記雄前進側歯根点Ｃ１’の間にあり、前記雄ロータ歯山と雌ロータ歯溝が正対したときに前記雄ロータ歯山の前進歯面と前記雌ピッチ円の交点に位置する雄前進中間点Ｅ１と、を有し、
（Ｃ）前記雌ロータ歯溝は、
前記雌歯底円上に位置する雌後進側歯根点Ａ２と雌前進側歯根点Ｂ２と、
前記雌ピッチ円上に位置する雌後進側歯先点Ｃ２’と雌前進側歯先点Ｄ２’と、を有し、
（Ｄ）前記雄ロータ歯山と前記雌ロータ歯溝が正対したとき、前記雄前進側歯先点Ａ１から前記雄前進中間点Ｅ１までと、前記雌後進側歯根点Ａ２から前記雌後進側歯先点Ｃ２’までは、前記ピッチ点Ｐを中心とする同一の円弧として重なり、
前記雄ロータの前記雄前進中間点Ｅ１から前記雄前進側歯根点Ｃ１’までは、前記雌ロータの前記雌後進側歯先点Ｃ２’により創成される第１の外サイクロイド曲線であり、
（Ｅ）前記スクリューロータの特定の回転位相において、前記雄後進側歯先点Ｂ１と、前記雌前進側歯先点Ｄ２’と、前記ケーシングの前記雄ロータとの相対面と前記雌ロータとの相対面の交点Ｑの３点を重ね、そこから回転位相を進めるに従い、前記雄後進側歯先点Ｂ１から雄後進側歯根点Ｄ１’までを前記雌前進側歯先点Ｄ２’により創成される第２の外サイクロイド曲線とし、前記雌前進側歯根点Ｂ２から前記雌前進側歯先点Ｄ２’までを前記雄後進側歯先点Ｂ１により創成される第３の外サイクロイド曲線とする。

図２Ａは、図２Ｂとは別の漏れ経路の説明図である。この図に示すように、図１Ｃのように、雄前進側歯先点Ａ１と雌後進側歯根点Ａ２が重なる回転位相（すなわち、雄ロータ歯山と雌ロータ歯溝が正対したとき）において、雄ロータ１と雌ロータ２の間には、体積が拡大する隣の空間への間隙が残る。この間隙により圧縮流体の漏れが発生するため圧縮機の効率が低下する。
これに対し、雄ロータ歯山と雌ロータ歯溝が正対したときの隙間を小さくすることができ、これにより圧縮流体の漏れ量を減少させ、圧縮機効率を高めることができるスクリューロータを実現するために、好ましくは次の構成２が採用される。

（構成２）
上記構成１において、前記雄ロータ歯山と前記雌ロータ歯溝が正対したときに、前記雄ロータの後進歯面と、前記雌ロータの前進歯面との間に発生する閉じ込め空間が最小となるように、前記前進歯面に対する前記後進歯面の位相が設定されている。

この構成により、雄ロータ歯山と雌ロータ歯溝が正対した位相における雄ロータと雌ロータの間隙を最小限に抑制することで圧縮機効率の劣化を低減することができる。

（構成３）
好ましくは、上記構成１又は上記構成２において、前記雄ロータ歯山の前記前進歯面及び後進歯面を内側に距離ｒ_１だけオフセットし、雄歯底円を前記雄ピッチ円より半径差Δｒ_１だけ小さく設定し、前記雄歯先円を前記半径差Δｒ_１だけ小さく設定し、前記雄前進側歯根点Ｃ１’を中心とする半径ｒ_１の雄前進側歯根円弧と、雄後進側歯根点Ｄ１’を中心とする前記半径ｒ_１の雄後進側歯根円弧とにより、前記前進歯面及び前記後進歯面を前記雄歯底円と接続し、
前記雌ロータ歯溝の前進歯面及び後進歯面を外側に前記距離ｒ_２だけオフセットし、前記雌歯底円を前記半径差Δｒ_２だけ大きく設定し、雌歯先円を前記雌ピッチ円より前記半径差Δｒ_２だけ大きく設定し、前記雌後進側歯先点Ｃ２’を中心とする前記半径ｒ_２の雌後進側歯先円弧と、前記雌前進側歯先点Ｄ２’を中心とする前記半径ｒ_２の雌前進側歯先円弧とにより前記前進歯面及び前記後進歯面を前記雌歯先円と接続する。

この構成により、雄ロータ歯山に接する雌ロータ歯溝の歯先がエッジから円弧になるので、ロータ間シール線の磨耗を低減することができる。

（構成４）
好ましくは、上記構成３において、前記雄ロータの前記雄歯底円の前記半径差Δｒ_１及び前記雄前進側歯根円弧と前記雄後進側歯根円弧の前記半径ｒ_１は、他の半径差Δｒ_２及び半径ｒ_２より大きく設定されていて、前記雄ロータ歯山或いは前記雌ロータ歯溝の歯面が干渉することを回避する為に必要十分な幅だけ、前記雄ロータ歯山を縮小する側或いは前記雌ロータ歯溝を拡大する側にオフセットされている。

この構成により、２本のロータの軸間距離の変動に対し干渉を抑制することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

ａ ケーシングとロータ歯先の間のシール面
ｂ ロータ間シール線
Ａ１ 雄前進側歯先点
Ａ２ 雌後進側歯根点
Ｂ１ 雄後進側歯先点
Ｂ２ 雌前進側歯根点
Ｃ１’ 雄前進側歯根点
Ｃ２’ 雌後進側歯先点
Ｄ１’ 雄後進側歯根点
Ｄ２’ 雌前進側歯先点
Ｅ１ 雄前進中間点
Ｆ１ 雄前進側歯根点
Ｆ２ 雌後進側歯先点
Ｇ１ 雄後進側歯根点
Ｇ２ 雌前進側歯先点
Ｐ ピッチ点
Ｑ ケーシングの雄ロータとの相対面と雌ロータとの相対面の交点
Δｒ_１，Δｒ_２ 半径差
ｒ_１，ｒ_２ 半径
１ 雄ロータ
１ａ 歯山
２ 雌ロータ
２ａ 歯溝
３ ケーシング
４ 閉じ込め空間
５ 漏れ
１０ 雄ロータ
１０ａ 歯山
１１ 雄ピッチ円
１２ 雄歯先円
１３ 雄歯底円
１４ａ 雄前進側歯根円弧
１４ｂ 雄後進側歯根円弧
２０ 雌ロータ
２０ａ 歯溝
２１ 雌ピッチ円
２２ 雌歯底円
２３ 雌歯先円
２４ａ 雌後進側歯先円弧
２４ｂ 雌前進側歯先円弧
２５，２６ 閉じ込め空間

Claims (6)

1. それぞれ複数の歯山或いは歯溝がある雄ロータと雌ロータを含み、ケーシングにより形成された作動空間内で前記雄ロータと前記雌ロータとが、互いに噛み合い、それぞれの回転軸まわりに回転し得るスクリューロータであって、
   （Ａ）前記回転軸に垂直な断面において、
   前記雄ロータは、雄ピッチ円と雄歯先円とを有し、
   前記雌ロータは、前記雄ピッチ円とピッチ点Ｐで接する雌ピッチ円と、前記雄歯先円と接する雌歯底円とを有し、
   （Ｂ）雄ロータ歯山は、
   前記雄歯先円上に位置する雄前進側歯先点Ａ１と雄後進側歯先点Ｂ１と、
   前記雄ピッチ円上に位置する雄前進側歯根点Ｃ１’と雄後進側歯根点Ｄ１’と、
   前記雄前進側歯先点Ａ１と前記雄前進側歯根点Ｃ１’の間にあり、前記雄ロータ歯山と雌ロータ歯溝が正対したときに前記雄ロータ歯山の前進歯面と前記雌ピッチ円の交点に位置する雄前進中間点Ｅ１と、を有し、
   （Ｃ）前記雌ロータ歯溝は、
   前記雌歯底円上に位置する雌後進側歯根点Ａ２と雌前進側歯根点Ｂ２と、
   前記雌ピッチ円上に位置する雌後進側歯先点Ｃ２’と雌前進側歯先点Ｄ２’と、を有し、
   （Ｄ）前記雄ロータ歯山と前記雌ロータ歯溝が正対したとき、前記雄前進側歯先点Ａ１から前記雄前進中間点Ｅ１までと、前記雌後進側歯根点Ａ２から前記雌後進側歯先点Ｃ２’までは、前記ピッチ点Ｐを中心とする同一の円弧として重なり、
   前記雄ロータの前記雄前進中間点Ｅ１から前記雄前進側歯根点Ｃ１’までは、前記雌ロータの前記雌後進側歯先点Ｃ２’により創成される第１の外サイクロイド曲線であり、
   （Ｅ）前記スクリューロータの特定の回転位相において、前記雄後進側歯先点Ｂ１と、前記雌前進側歯先点Ｄ２’と、前記ケーシングの前記雄ロータとの相対面と前記雌ロータとの相対面の交点Ｑの３点を重ね、そこから回転位相を進めるに従い、前記雄後進側歯先点Ｂ１から雄後進側歯根点Ｄ１’までを前記雌前進側歯先点Ｄ２’により創成される第２の外サイクロイド曲線とし、前記雌前進側歯根点Ｂ２から前記雌前進側歯先点Ｄ２’までを前記雄後進側歯先点Ｂ１により創成される第３の外サイクロイド曲線とするスクリューロータ。
2. 前記雄ロータ歯山と前記雌ロータ歯溝が正対したときに、前記雄ロータの後進歯面と、前記雌ロータの前進歯面との間に発生する閉じ込め空間が最小となるように、前記前進歯面に対する前記後進歯面の位相が設定されている、請求項１に記載のスクリューロータ。
3. 前記雄ロータ歯山の前記前進歯面及び後進歯面を内側に距離ｒ１だけオフセットし、雄歯底円を前記雄ピッチ円より半径差Δｒ１だけ小さく設定し、前記雄歯先円を前記半径差Δｒ１だけ小さく設定し、前記雄前進側歯根点Ｃ１’を中心とする半径ｒ１の雄前進側歯根円弧と、雄後進側歯根点Ｄ１’を中心とする前記半径ｒ１の雄後進側歯根円弧とにより、前記前進歯面及び前記後進歯面を前記雄歯底円と接続し、
   前記雌ロータ歯溝の前進歯面及び後進歯面を外側に前記距離ｒ２だけオフセットし、前記雌歯底円を前記半径差Δｒ２だけ大きく設定し、雌歯先円を前記雌ピッチ円より前記半径差Δｒ２だけ大きく設定し、前記雌後進側歯先点Ｃ２’を中心とする前記半径ｒ２の雌後進側歯先円弧と、前記雌前進側歯先点Ｄ２’を中心とする前記半径ｒ２の雌前進側歯先円弧とにより前記前進歯面及び前記後進歯面を前記雌歯先円と接続する、請求項１又は２に記載のスクリューロータ。
4. 前記雄ロータの前記雄歯底円の前記半径差Δｒ１及び前記雄前進側歯根円弧と前記雄後進側歯根円弧の前記半径ｒ１は、他の半径差Δｒ２及び半径ｒ２より大きく設定されていて、前記雄ロータ歯山或いは前記雌ロータ歯溝の歯面が干渉することを回避する為に必要十分な幅だけ、前記雄ロータ歯山を縮小する側或いは前記雌ロータ歯溝を拡大する側にオフセットされている、請求項３に記載のスクリューロータ。
5. ケーシングと、
   前記ケーシングに収容され、複数の歯山を含む雄ロータと、
   前記ケーシングに収容され、複数の歯山及び複数の歯溝を含む雌ロータと、
   を有するスクリュコンプレッサであって、
   前記雄ロータと前記雌ロータが第１の回転位相にある場合、前記雄ロータが含む一の歯山の歯先点、前記雌ロータが含む一の歯山の歯先点、前記ケーシングと前記雄ロータとの相対面、及び前記ケーシングと前記雌ロータとの相対面とが重なり、
   前記第１の回転位相の直前までの回転位相である第２の回転位相においては前記雄ロータの前記歯先点と前記ケーシングとの間及び前記雌ロータの前記歯先点と前記ケーシングとの間にシールが形成され、
   前記雌ロータの前記歯溝は、前記雌ロータの前記歯先点から、前記雄ロータの前記歯先点により創成される外サイクロイド曲線を成しており、前記雄ロータの前記歯先点を含む歯面は、当該歯先点から、前記雌ロータの前記歯先点により創成される外サイクロイド曲線を成しており、
   前記第１の回転位相からは、前記雄ロータの前記歯先点と前記雌ロータの前記歯溝との間及び前記雌ロータの前記歯先点と前記雄ロータの前記歯先点を含む歯面との間にシールが形成される、スクリュコンプレッサ。
6. 前記雄ロータの一の歯山と、前記雌ロータの一の歯溝が正対するときに前記雄ロータの前記歯面と前記雌ロータの前記歯溝との間の閉じ込め空間が最少となる、請求項５に記載のスクリュコンプレッサ。

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