JPH0336121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ガスを圧縮するまたは膨張させる
ための機械のような、機械のハウジング内で協力
しかつかみ合うところの、ランドおよび介在グル
ーブを有するヘリカル形またはスクリユー形のロ
ータに関し、特に、改良された、効率のよいプロ
フイルを有する上記のようなロータに係るもので
ある。

先行技術には、機械の性能に改良をもたらし
た、上記形式の機械用のロータプロフイルが多数
にある。例としては、1969年１月21日にL.B.
Schibbyeに許可された米国特許第3423017号およ
び1977年６月７日にE.Menssenに許可された米国
特許第4026026号がある。

この発明の一目的は、ロータ間に生じる圧力角
を改良することにより、かつまた被駆動ロータ
と、密封ポケツト内のガス圧力によつて、正また
は順回転方向に被駆動ロータに荷重またはトルク
を加える駆動ロータとの間にシール表面を画定す
ることにより、機械性能を高めるところのさらに
効率のよいロータプロフイルを開示することであ
る。

特にこの発明の一目的は、ロータを開示するこ
とであつて、このロータはヘリカルランドおよび
介在グルーブを有しかつ機械ハウジング内で、協
同する、かみ合いロータと協力係合するために軸
を中心として回転可能であり、これにより前記ハ
ウジングに導入された流体が前記グルーブ中に受
入れられかつ前記両ロータの協力かみ合い回転に
より、その圧力角が変更されるようになつてお
り、かつ、前記ロータの前記グルーブのフランク
が一般に凹面形であり、前記グルーブのおのおの
が前記ロータの特定回転方向に関する進み側フラ
ンクおよび追い側フランクを有し、前記進み側フ
ランクの第一の部分が楕円の一部分であることを
特徴としている。

この発明の別の目的および特徴は添付図面と関
連する以下の説明を参照することによつてさらに
明らかになるであろう。

第１図に示されているように、本発明の一実施
態様による、被駆動、雌ロータ１０は６つのヘリ
カルリブ１２（そのうちの２つだけが完全に図示
されている）と同数の介在するヘリカルグルーブ
１４（全部は図示されていない）を有する。その
協力する、雄ロータ（第２図）に関して、雌ロー
タ１０はピツチ円１６と回転軸１８を有する。２
つのロータが協力する、かみ合い係合をなして配
置されるとき、回転軸１８は雄ロータの回転軸と
共通の平面２０を占める。

本発明に従つて、雌ロータ１０のプロフイルは
次のように定められている。雌ロータ１０の部分
Ｂ−Ｃは円弧２２であり、その中心はピツチ円１
６上にある。円弧２２は平面２０の下から始ま
り、ロータの進み側フランク２４の中点よりも少
し先まで延在する。雌ロータ１０の部分Ｃ−Ｄは
Ｃにおいて円弧２２に接するインボリユート部分
２６である。インボリユート部分２６はそれが雌
ロータピツチ円１６と交差する所で終わつてい
る。雌ロータ１０の部分Ｄ−ＥはＤにおいてイン
ボリユート部分２６に接し、Ｅにおいて外径円３
０に接するように選定された楕円部分２８であ
る。雌ロータの部分Ｅ−E₁は円弧３２の一部分
である。雌ロータの部分Ｂ−Ａは雄ロータ（第２
図）上の点Ｈによつて画成されたエピトロコイド
３４である。点Ａは雌ロータピツチ円１６上に位
置する。雌ロータの部分Ａ−E₁は中心が雌ロー
タピツチ円１６上にある円弧３６であり、部分３
２に接しかつ点Ａを通過している。

第２図を参照すると、本発明の一実施態様によ
り、駆動雄ロータ３８は５つのヘリカルローブ４
０（１つだけが完全に図示されている）と同数の
介在ヘリカルグルーブ４２（２つだけが図示され
ている）を有する。その協力雌ロータ１０（第１
図）に関して、雄ロータ３８はピツチ円４４と回
転軸４６を有する。前述したように、軸１８，４
６は、ロータ１０，３８が協力かみ合い係合して
いるとき、共通平面２０を占める。

本発明に従つて、雄ロータ３８のプロフイルは
次のように定められている。雄ロータ３８の部分
Ｈ−Ｉは円弧４８であり、その中心は雄ロータピ
ツチ円４４上にある。円弧４８は雌ロータ１０上
の円弧２２Ｂ−Ｃと同一である。部分Ｉ−Ｊは画
かれた部分５０である。すなわち、それは雌ロー
タ１０の楕円部分２８Ｄ−Ｅによつて画かれてい
る。部分Ｋ−K₁は円弧５４である。部分Ｇ−Ｈ
は雌ロータ１０上の点Ａによつて画かれたエピサ
イクロイド５６である。部分Ｇ−K₁は円弧５８
であり、その中心はピツチ円４４上にある。第３
図に示されているように、ロータ１０，３８は相
互にかみ合い、雌ロータ１０のインボリユート部
分２６が雄ロータ３８の画成部分５０Ｉ−Ｊと実
質的に密封界面を画定している。それらの間に画
定された圧力角はほぼ40度円弧である。雌ロータ
１０の楕円部分２８Ｄ−Ｅが雄ロータの画成部分
５２Ｊ−Ｋに密接するとき（第３図に破線で示さ
れているように）、それらの間の圧力角は実質的
に不変である。

インボリユート部分２６および楕円部分２８の
位置選定、すなわち、開始、範囲および終結は前
記圧力角の画定にとつて重要である。完全開示の
ために、インボリユート部分２６の始点について
詳述する。雌ロータ１０は円３０で画定された全
体直径を有し、グルーブ１４は最小グルーブ直径
６０を画定する半径方向最内端を有する。インボ
リユート部分２６は始点から進み側フランクに沿
つて外方に延在し、点Ｃは全体直径３０と最小グ
ルーブ直径６０との実質的に中間にある直径の所
に配置されている。

インボリユート部分２６はピツチ円で終わり
（Ｄにおいて）かつ連続して楕円部分２８となめ
らかに融合している。楕円セクシヨン２８もまた
最外円部分３２と連続してなめらかに融合してい
る。

この5/6ロータ構成（すなわち、５ローブ雄ロ
ータ、６リブ雌ロータ）において、最小許容リブ
幅、楕円部分２８およびインボリユート部分２６
の長さ、および画成部分３４と円部分２２の界面
の関数であるところの重要な形状が存在する。前
記界面は点Ｂにおいて発生し、楕円部分２８の進
み側終結は点Ｅ（最外円３０上）において起こる。
そして、界面点Ｂと前記終点Ｅとの間に引かれた
直線６２はインボリユート部分２４の始点Ｃを実
質的に横断しなければならない。

前述した改良圧力角のほかに、ロータプロフイ
ルはシール点６４，６６，６８（第３図）を画定
し、これらは協同して圧縮ガスのポケツト７０を
画定する。シール点６４はかなり効率のよい実質
的に表面シールである。それは雌ロータ１０のイ
ンボリユート部分２６と雄ロータ３８の画成部分
５０との間に達成される。シール点６６，６８は
実質的に点接シールであり、したがつてその効率
は限られている。シール点６６は雄ロータ３８上
の点Ｈと雌ロータ１０上の画成表面３４との界面
によつて画定される。シール点６８は雌ロータ１
０上の点Ａと雄ロータ３８上の画成表面５６との
界面によつて画定される。そして、ロータプロフ
イルは協同してそのような形態のポケツト７０を
画定しかつ雌ロータ１０に積極トルクを加え、そ
してシール点６６，６８の効率を高めるように作
用する。これについては以下に説明する。

第３図に示されているように、ロータはそれぞ
れ矢印で示された方向に回転する。すなわち、雌
ロータ１０は時計回りに回転し、雄ロータ３８は
逆時計回りに回転する。ポケツト７０はオフセツ
トされた新月形のものとして画定され、ガス圧力
の大部分をそこにある雌ロータリブの進み側フラ
ンクの実質的な長さに沿つて加え、それを時計回
りまたは積極トルク方向に押圧する。同時に、ポ
ケツトガス圧力はそこにある雄ロータローブの進
み側フランクに同様な圧力を加える。その結果と
して、点６６，６８の確実性の低いシールが有限
的に移動またはバイアスされてより密接な係合を
し、これによりそれらのシール効率が高められ
る。

これはもちろん濃密な技術であり、改良は小さ
な利益になる。また、プロフイルの洗練、圧力角
および形状の微妙な点は最初は革新的意義をほと
んどもたないものに見えるかも知れない。しかし
ながら、そのような洗練は、機械性能およびエネ
ルギー節約において推せんできる改良を提供する
ならば、賞賛するに足るものであり、技術の状態
を進歩させるものである。ここに開示される新規
なプロフイルはそのような推せんできる改良であ
る。第４図を参照すると、水平軸は、空気圧にお
ける空気移動量を示し、垂直軸は、空気圧におけ
る所定の空気に対してコンプレツサーを駆動させ
るためのブレーキ馬力を示す。現在市販されてい
る比較的に匹敵できるスクリユーコンプレツサの
性能曲線がＧとＫで示されている。曲線Ｉは本発
明に係る第一代の試作品のスクリユーコンプレツ
サから得られたものであり、曲線は本発明に係
る、その後の第二代の試作品のスクリユーコンプ
レツサから得られたものである。曲線のコンプ
レツサの、より低いBHP、すなわち、ブレーキ
馬力および曲線の比較的平坦さは本技術の顕著な
進歩を示すものであることが認識されるべきであ
る。これは新規なプロフイル洗練、改良圧力角、
および特定のプロフイル形状に関する本発明の教
示から生じるものである。

上述したものに加えて、雌ロータは特にその効
率を生ずる特定の形状をさらに有する。例えば、
画成表面３４の追い側点Ａと交差するところの、
画成表面３４の進み側点Ｂにある中心から引かれ
た円弧７２は、楕円部分２８の始点Ｄと交差する
ところの、インボリユート部分２６の始点Ｃにあ
る中心から引かれた円弧７４の半径の実質的に２
倍である半径を有する。楕円部分２８は円弧３６
によつて包含される半径方向弧７８の２倍よりも
小さくない半径方向弧７６を包含する。半径方向
最外表面Ｅ−E₁におけるリブ１２のプロフイル
の幅は、インボリユート部分２６の始点Ｃの位置
においてプロフイルを横切る幅の1/3よりも小さ
い。

これらの形状、相対的寸法および関係は、新規
なロータ１０，３８の改良プロフイルを与えるよ
うに注意深く誘導かつ画定されたものであり、本
発明の教示を構成する。

本発明はその特定実施態様に関連して説明され
たが、これは例としてなされたものにすぎず、本
発明の目的および特許請求の範囲に記載された本
発明の範囲を制限するものでないことが明瞭に理
解されるべきである。

本発明は以上説明したように、駆動ロータと、
被駆動ロータの独自のプロフイルにより、駆動ロ
ータと、被駆動ロータとが協同して、密封効率を
高め、エアポケツトを形成し、このエアポケツト
により、被駆動ロータに積極的なトルクを加え
る。このため、機械性能が向上し、使用エネルギ
ーが節約されるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る被駆動雌ロータの一部分
のプロフイルの線図である。第２図は本発明に係
る駆動雄ロータの一部分のプロフイルの線図であ
る。第３図は協力係合した第１，２図のロータの
全プロフイルの線図である。第４図はスクリユー
コンプレツサの性能曲線のグラフである。 １０……雌ロータ、１２……ヘリカルリブ、１
４……ヘリカルグルーブ、１６………ピツチ円、
１８……回転軸、２０……共通平面、Ｂ−Ｃ……
円弧２２、２４……進み側フランク、Ｃ−Ｄ……
インボリユート部分２６、Ｄ−Ｅ……楕円部分２
８、３０……外径円、Ｅ−E₁……円弧３２の一
部分、Ｂ−Ａ……エピトロコイド３４、Ａ−E₁
……円弧３６、３８……雄ロータ、４０……ヘリ
カルローブ、４２……ヘリカルグルーブ、４４…
…ピツチ円、４６……回転軸、Ｈ−Ｉ……円弧４
８、Ｉ−Ｊ……画成部分５０、Ｊ−Ｋ……画成部
分５２、Ｋ−K₁……円弧５４、Ｇ−Ｈ……エピ
サイクロイド５６、Ｇ−K₁……円弧５８、６０
……最小グルーブ直径、６２……直線、６４，６
６，６８……シール点、７０……ガスポケツト、
７２……円弧、７４……円弧、７６，７８……半
径方向弧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヘリカルランドおよび介在グルーブを有しか
   つ機械ハウジング内で、協同する、かみ合いロー
   タと協力係合するために軸を中心として回転可能
   なロータであつて、これにより前記ハウジングに
   導入された流体が前記グルーブ中に受入れられか
   つ前記両ロータの協力かみ合い回転により、その
   圧力角が変更されるようになつており、かつ、 前記ロータの前記グルーブのフランクが凹面状
   であり； 前記グルーブのおのおのが前記ロータの特定回
   転方向に関する進み側フランクおよび追い側フラ
   ンクを有しており； 前記進み側フランクの第一の部分が楕円の一部
   分である； ことを特徴とする前記ロータ。 ２ 前記進み側フランクの第二の部分が円弧を画
   成している特許請求の範囲第１項記載のロータ。 ３ 前記進み側フランクの第三の部分がインボリ
   ユート部分である特許請求の範囲第２項記載のロ
   ータ。 ４ 前記第一、第二および第三の部分の１つが前
   記進み側フランクの大部分を構成している特許請
   求の範囲第３項記載のロータ。 ５ 前記第一、第二および第三の部分の１つが前
   記進み側フランクの小部分を構成している特許請
   求の範囲第３項記載のロータ。 ６ 前記第一、第二および第三の部分の１つが前
   記進み側フランクの中間部分を構成している特許
   請求の範囲第３項記載のロータ。 ７ 前記１つの部分が前記円弧を構成している特
   許請求の範囲第４項記載のロータ。 ８ 前記１つの部分が前記楕円の部分を構成して
   いる特許請求の範囲第５項記載のロータ。 ９ 前記１つの部分が前記インボリユート部分を
   構成している特許請求の範囲第６項記載のロー
   タ。 １０ 前記進み側および追い側フランクの部分が
   円弧を画成している特許請求の範囲第１項記載の
   ロータ。 １１ 前記インボリユート部分が、前記円弧と前
   記楕円の部分の中間でこれらと連続している特許
   請求の範囲第３項記載のロータ。 １２ 前記ロータが前記軸上に中心を有するピツ
   チ円を有しており、前記楕円の部分が前記ピツチ
   円の外側に位置している特許請求の範囲第１項記
   載のロータ。 １３ 前記進み側フランクの一部分がインボリユ
   ート部分であり、前記インボリユート部分が前記
   ピツチ円の内側に位置している特許請求の範囲第
   １２項記載のロータ。 １４ 前記楕円の部分と前記インボリユート部分
   が連続している特許請求の範囲第１３項記載のロ
   ータ。 １５ 前記ロータが特定の全体直径を有してお
   り； 前記グルーブのおのおのが、前記軸から共通
   の、特定半径の所に位置する半径方向最内点を有
   し、前記ロータに最小グルーブ直径を画定してお
   り； 前記インボリユート部分が、前記全体直径と前
   記最小グルーブ直径の実質的に中間に存在する始
   点から前記進み側フランクに沿つて外方に延在す
   る； 特許請求の範囲第３項記載のロータ。 １６ 前記進み側フランクがそれに隣接するラン
   ドと融合してそこにフランク終点を画定してお
   り； 前記円弧が円弧終点を画定する点まで前記追い
   側フランク中へ延在しており； 前記フランク終点から前記円弧終点まで引かれ
   た直線が前記インボリユート始点を通過する； 特許請求の範囲第１５項記載のロータ。 １７ 前記楕円の部分がそれに隣接するランドと
   融合しており； 前記隣接ランドがさらに別の円弧を通る別の最
   も隣接するグルーブの追い側フランクと融合して
   おり； 前記楕円の部分が、前記別の円弧によつて包含
   されるものの２倍よりも小さくないところの前記
   軸を中心とする半径方向弧を包含している； 特許請求の範囲第１項記載のロータ。 １８ 前記追い側フランクが進み側および追い側
   点を有する画成部分を構成しており； 前記楕円の部分が進み側および追い側点を有し
   ており； 前記画成部分の前記追い側点と交差する、前記
   画成部分の前記進み側点にある中心から引かれた
   円弧が、前記楕円の部分の前記追い側点と交差す
   る、前記インボリユート部分の前記始点にある中
   心から引かれた円弧の半径の実質的に２倍である
   ところの半径を有している； 特許請求の範囲第１５項記載のロータ。 １９ 前記楕円の部分が、前記円弧によつて包含
   される半径方向弧の２倍よりも小さくない弧を包
   含している特許請求の範囲第２項記載のロータ。 ２０ 前記特定回転方向に関する、前記進み側フ
   ランクの１つとその前方のグルーブの追い側フラ
   ンクがそれらの間にリブを画定しており； 前記リブが、その半径方向最外表面において、
   前記インボリユート部分の前記始点の位置におい
   てそれを横切るその幅の1/3よりも小さい幅を有
   する； 特許請求の範囲第１５項記載のロータ。