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JP3979489B2 - Screw rotor and screw machine - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュー機械に適用されるスクリューロータ、および、それを用いたドライ式真空ポンプ等のスクリュー機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、高速・長時間の連続運転ができるポンプや圧縮機として、ハウジング内に一対のスクリューロータを有する容積移送型スクリュー機械が知られている。
【0003】この種のスクリュー機械、例えばドライ式真空ポンプとして使用されるスクリュー機械では、互いに逆ねじの関係にある雌雄のスクリューロータを平行配置するとともに両ロータを微小クリアランスを隔てて噛み合わせ、両ロータとこれらのロータを取り囲むハウジングとの間に、両ロータの噛合い部で仕切られた作業室を形成している。また、雌雄スクリューロータを同期回転させることで、雌雄スクリューロータをほぼ非接触状態としながら、その作業室の容積を吸気側で増大させ、排気側で減少させるようになっている。
【0004】また、真空ポンプにおいては、一般に、その到達圧力と排気速度という2つの重要性能が高度に要求されるが、ドライ式真空ポンプのようなスクリュー機械では、平行配置される雌雄のスクリューロータの噛合い、並びに両ロータとハウジングの間のクリアランスがいずれの性能にも大きく影響する。したがって、このようなスクリュー機械では、雌雄のスクリューロータの隙間間隔やハウジングとのクリアランスを極力小さくすることで、その性能の向上が図られている。
【0005】なお、前記スクリュー機械には、リショルム型、角ねじ型(クインビー形(角形)の歯形を有するもの)、スパイラキシャル型(エピトロコイドとアルキメデス螺線で合成したスパイラキシャルスクリュー(spiraxial screw)歯形を有するもの)といった形式のものがありる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスクリュー機械にあっては、雌雄のスクリューロータの条数を排気室の密閉のために一条にしているため、軸断面上でロータの重心が軸上に無く回転に対するバランスが悪いため、雌雄のスクリューロータの隙間間隔やハウジングとのクリアランスが非常に小さい場合、両スクリューロータを大負荷で高速回転させると振動を生じ、ロータ同士あるいはロータとケーシングが頻繁に接触することとなった。そのため、ロータ間やロータとハウジング間の焼付きが発生した。これを避けるために必要以上に雌雄のスクリューロータの隙間間隔やハウジングとのクリアランスを大きくしなければならなくなったり、回転数を大幅に制限したりしなければならないという問題があった。
【0007】これを避けるためには、回転軸と直交する横断面においてその重心位置が回転中心から大きくずれないように偶力バランスをとるためにスクリューロータの端面に開口する鋳抜き穴等によって大きな空洞を形成する必要があり、製造工程が複雑になってしまうという問題も発生した。
【0008】そこで本発明は、スクリューロータ間の噛合隙間を小さくして性能向上を図り、これと併せて、長時間の高速連続運転であってもロータ間の焼付きを有効に防止できるスクリュー機械を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、回転軸の周りに、螺旋状の歯先面部および該歯先面部の間に螺旋状の溝を形成する歯元面部を有するスクリュー歯を設け、互いに逆ねじの関係となる雌雄一対で使用され、前記スクリュー歯の歯先面部と歯元面部の間に、前記回転軸と直交する任意の横断面上で一定半径を有する所定角度範囲の円弧となるピッチ円周部を設けたスクリューロータにおいて、前記両ロータの各ネジ部をいずれも2条以上にし、前記ピッチ円周部を前記横断面上において少なくとも条数個設けかつ条数個のピッチ円周部を回転軸に対して対称に配置した。
【0010】
このような構成にすることにより、回転軸と直交する断面上において重心位置が回転中心から大きくはずれてしまうことはなく、ロータの全長にわたって、いずれの軸直角断面においてもその重心は回転中心軸付近にあることになり、極めて良好な回転バランスを得ることができる。従って、鋳抜き等による複雑な空洞を形成する必要がなくなり、製造コストの低減が可能となり、さらに回転軸を中心にバランスよく回転しているので雌雄のスクリューロータの隙間間隔やハウジングとのクリアランスを極めて狭くすることができ、ポンプ内の密封度を向上することができ、排気側からの外気の逆流も抑制されより効率の良い真空ポンプを形成することができる。
また、両ロータが接触したときに、軸方向の接触点が増え、接触時に生じるロータの焼き付きをロータ全体に分散することができ、接触による力が分散されることにより、特定の場所のみの温度上昇によるロータの膨張接触を防止することができるようになり、雌雄のスクリューロータの隙間間隔やハウジングとのクリアランスを狭くできる。
さらに、一定幅をもつピッチ円周部によってスクリューロータの噛合い部における所要のシール性能が発揮できると共に重心を回転中心に近づけることができ、バランスを良くすることができる。
【0011】また、前記雌雄のスクリュー歯の噛合隙間のうちピッチ円周部間の隙間が、他の部分の隙間より小さくなるようにすることにより、スクリューロータが熱膨張したときには、同一半径のピッチ円周部同士が最初に当接して転がり接触することになり、両ロータの歯部が摺接してしまう従来機に比べ、焼付きが生じ難い。
【0012】
リードが吸気側より小さくなるよう、互いにリードの異なる複数のスクリュー部を設けたもの、または排気側に近付くほどスクリュー歯間のピッチが無段階に徐々に狭くなっていく不等リードのスクリューロータとする。
このような構成にすることにより、両ロータが接触したときに、軸方向の接触点を増やすことができ接触時に生じるロータの焼き付きをロータ全体に分散することができ特定の場所のみの温度上昇によるロータの膨張接触を防止することができるようになり、雌雄のスクリューロータの隙間間隔やハウジングとのクリアランスを極めて狭くできる。
【0013】前記ピッチ円周部が、前記歯先面部と前記歯元面部とのほぼ中間の半径位置に帯状に形成されるようにすると、各ロータの歯形を共通化して加工を容易化することができるとともに、一定幅をもつピッチ円周部によってスクリューロータの噛合い部における所要のシール性能が発揮できる。
【0014】前記スクリュー歯型をトロコロイド歯形又はエピトロコロイド歯形としたことを特徴とする。このような構成にすることにより、移送室の機密性を上げることができ、排気能力を向上することができる。
【0015】本発明におけるスクリュー機械は、上記スクリューロータを互いに噛み合う雌雄のロータとし、吸気口および排気口を形成したハウジング内に、両ロータを非接触噛合状態で噛み合うよう平行に収納して、該ハウジングと両ロータとの間に、前記スクリューロータの回転によって前記回転軸の軸方向に移送される複数の作業室を形成したことを特徴とする。
【0016】この発明では、スクリューロータが熱膨張したときには、一定半径のピッチ円周部同士が最初に当接して転がり接触することで焼付きが生じ難くなる。しかも、ロータ間の噛合い隙間自体はピッチ円周部間で狭くしておくことができるから、効率の向上が可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図1〜図6は本発明の一実施形態に係るスクリューロータおよびスクリュー機械を示す図である。
【0018】本実施形態のスクリュー機械は、本発明をドライ式真空ポンプに適用したものである。図1は本発明を実施したドライ式真空ポンプの要部正面断面図である。吸気口11aおよび排気口11bを形成したハウジング11と、このハウジング11内に所定のクリアランス(微小隙間)をもって非接触噛合状態で互いに噛み合うよう平行に収納された雌雄のスクリューロータ21、22と、これらハウジング11およびスクリューロータ21、22の間に介装された軸受23a、23bおよび軸穴封止用のシール部材24a、24bと、両ロータ21、22を逆方向に同期回転させるようスクリューロータ21、22に一体的に装着された同期歯車25a、25bおよびロータ22の一端に連結されたモータ26を有する駆動手段27と、を具備している。
【0019】雌側スクリューロータ21と雄側スクリューロータ22とは、ハウジング11の内壁面11iに対して所定のクリアランス、例えば50ミクロンの隙間を隔てる外径寸法および軸方向長さを有しており、ハウジング11と両スクリューロータ21、22との間には、スクリューロータ21、22の噛合部分で互いに仕切られ、かつスクリューロータ21、22の回転によって回転軸の軸方向に移送される複数の螺旋形状の作業室が形成されている。
【0020】
スクリューロータ21には、図2に示すように、回転軸C1の周りに、螺旋状のスクリュー歯211が設けられており、そのスクリュー歯211は、螺旋帯状の歯先面部211aと、その歯先面部211aの間に螺旋状の所定溝幅の溝を形成する歯元面部211cと、を有している。また、スクリュー歯211の歯先面部211aと歯元面部211cの間には、ピッチ円周部211pと、このピッチ円周部211pより歯先面部211a側の歯先側傾斜面と、ピッチ円周部211pより歯元面部211c側の歯元側傾斜面211eと、が設けられている。
【0021】
一方、スクリューロータ22には、スクリューロータ21とは逆ねじの関係となるように、その回転軸C2の周りに、螺旋状のスクリュー歯221が設けられており、そのスクリュー歯221は、螺旋帯状の歯先面部221aと、その歯先面部221aの間に螺旋状の所定溝幅の溝を形成する歯元面部221cと、を有している。また、スクリュー歯221の歯先面部221aと歯元面部221cの間には、ピッチ円周部221pと、このピッチ円周部221pより歯先面部221a側の歯先側傾斜面と、ピッチ円周部221pより歯元面部221c側の歯元側傾斜面と、が設けられている。
【0022】また、各スクリューロータ21、22の歯先面部211a、221aとピッチ円周部211p、221pの間の接続部は、各ロータ21、22の横断面上で滑らかにつながる、例えば円弧状の接続曲線となり、各スクリューロータ21、22のピッチ円周部211p、221pと歯元面部211c、221cの間の接続部は、各ロータ21、22の横断面上で滑らかにつながるよう前記接続曲線により求められた創生曲線となり、各スクリューロータ21、22の歯先面部211a、221aと歯元面部211c、221cの間の接続部は、各ロータ21、22の横断面上で、相手側スクリューロータ22、21の歯先(歯先面部221a、211aの一側端部)が描くトロコイド曲線となるよう、それぞれの接続形状が設定されている。
【0023】
図3は本件発明におけるスクリューロータの一実施例を示す軸直角歯型曲線図である。図3は2条の互いに噛み合ったロータであり、両ロータは、図中最も外側の点線で示した両ロータの歯先の回転円筒で形成される8字形断面形状のロータ室を有するケーシング内に収納されている。ロータの回転により切り欠き部303及び304により形成される空間305が吸気側から排気側に移送されることにより真空排気する。306、307、308、309、310及び311はピッチ円部である。図のように2条の場合は切り欠き部303及び304の各々の回転軸に対して対角側の306及び309にピッチ円部を配置することによりバランスを良くすることができる。さらに308と307及び310と311の様に別に一対の回転軸に対して対角位置にピッチ円部を設けることにより、さらに重心を回転中心に近づけることができ、両スクリューロータが接触するポイントを増やすことができ、接触による力が分散される。
【0024】図4に示すように、スクリューロータ21、22は、互いに雌雄が逆となる相手側ロータに噛み合うとき、雌雄のスクリュー歯211、221の噛合い隙間のうちピッチ円周部211p、221p間の隙間g1(対向面間の隙間、例えば20μm)が、他の噛合部分の隙間g2、g3、g4(対向面間の隙間、例えば50μm)等より小さくなるよう、ピッチ円周部211p、221pの半径およびスクリュー歯形(各ロータ縦断面におけるスクリュー歯形状)が設定されている。
【0025】上述のように構成された本実施形態のスクリュー機械では、通常の運転開始時又は運転中、雌雄のスクリューロータ21、22同士が微小クリアランスを隔てた非接触噛合状態で噛合う。このとき、雌雄のスクリュー歯211、221の噛合い隙間のうちピッチ円周部211p、221p間の隙間g1が、他の各噛合部分の隙間g2、g3、g4等より小さくなることから、ロータ21、22間の噛合い隙間がピッチ円周部211p、221p同士の間で狭くなるものの、スクリューロータ21、22が高速・長時間連続運転等によって熱膨張したときには、一定半径のピッチ円周部211p、221p同士が最初に当接して転がり接触することになり、両ロータ21、22の歯部211、221が摺接してしまう従来機に比べ、焼付きが生じ難い。また、接触した場合においても、軸垂直断面上においてピッチ円部の数を増やすことにより、ロータの接触によって発生する発熱を分散することができ、よって、ロータの部分的に大きくなる熱膨張も抑えることができ、雌雄のスクリューロータの隙間間隔やハウジングとのクリアランスを極めて狭くできる。従って、従来のように、焼付き防止のために不必要にクリアランスを拡大し、ポンプ性能や圧縮機性能を犠牲にする、ということがなくなる。よって、高性能のスクリュー機械を提供することができる。
【0026】また、スクリューロータ21、22は、2条以上に構成されていることにより、重心位置の回転中心C1、C2からのオフセットが極めて小さくなるから、リード数を整数にして重心位置を回転中心軸上に位置させることと相俟って、偶力バランスをとるための鋳抜き等による複雑な空洞を形成する必要がなくなり、簡単な浅い凹部を形成する程度に加工工数を減らすことができる。
【0027】また、ピッチ円周部211p、221pが、歯先面部211a、221aと歯元面部211c、221cとのほぼ中間の半径位置に帯状に形成されているので、ロータ21、22の歯形を共通化して加工の容易化を図ることができるとともに、一定幅をもつピッチ円周部211p、221pによってスクリューロータ21、22の噛合い部(隣接作業室間)における所要のシール性能が発揮されることになる。
【0028】なお、上述の実施形態においては、各スクリューロータをねじのリードが吸気側から排気側まで等しいものとして説明したが、例えば圧縮側のリードが吸気側より小さくなるよう、互いにリードの異なる複数のスクリュー部を設けたもの、あるいは、排気側に近付くほどスクリュー歯間のピッチが無段階に徐々に狭くなっていくようなものであってもよい。すなわち、不等リードのスクリューロータとすることもできる。
【0029】
図5は本件発明のスクリュー歯形を3条にした時の軸垂直断面図である。図5において406及び407は3条の互いに噛合ったロータであり、両ロータは、図中最も外側の点線で示した両ロータの歯先の回転円筒で形成される8字形断面形状のロータ室を有するケーシング内に収納されている。ロータの回転により切り欠き部401及び402により形成される空間403が吸気側から排気側に移送されることにより真空排気する。404、405、410及び411はピッチ円部である。3条の場合でも切り欠き部401及び402の各々に対して各辺の404及び405にピッチ円部を配置することによりバランスを良くすることができる。さらに別に一組のピッチ円部410及び411を設けることにより、さらに重心を回転中心に近づけることができ、両スクリューロータが接触するポイントを増やすことができ、接触による力が分散される。従ってロータの接触によって発生する発熱を分散することができ、よって、ロータの部分的に大きくなる熱膨張も抑えることができ、雌雄のスクリューロータの隙間間隔やハウジングとのクリアランスを極めて狭くできる。
【0030】また、本実施例の歯形はトロコロイド歯形又はエピトロコロイド歯形とすることにより前記両スクリューロータとハウジングで形成される排気位相空間の気密性を上げることができる
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、スクリューを2条以上にすることにより、連続・高速運転時にスクリューロータのバランスを良くし、また熱膨張したとき等に、一定半径のピッチ円周部同士を最初に当接させて転がり接触させ、両ロータの歯部が摺接することにより焼付きが生じるのを防止することができる。さらにこのピッチ円周部を複数設けることにより、さらなる焼付きが生じるのを防止することができ、排気性能を犠牲にしても焼付き防止のためにスクリューロータの噛合い隙間を大きく設定しなければならないという従来の問題を解消することができる。また、歯形をトロコロイド歯形又はエピトロコロイド歯形にすることにより両スクリューで形成される位相空間の気密性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るスクリュー機械の概略の内部構造を示す要部正面断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る雌雄のスクリューロータの噛合状態を示す正面図である。
【図3】図2のA−A断面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る雌雄のスクリューロータの噛合隙間の設定状態を示す模式断面図である。
【図5】本発明の他の実施形態に係る雌雄のスクリューロータの噛合状態を示す正面図である。
【符号の説明】
11 ハウジング
11a 吸気口
11b 排気口
21 雌側スクリューロータ
22 雄側スクリューロータ
25a、25b 同期歯車
26 モータ
121、122 スクリューロータ
121h1、121h2、122h1、122h2 凹部
211、221 スクリュー歯
211a、221a 歯先面部
211c、221c 歯元面部
211d、221d 歯先側傾斜面
211e、221e 歯元側傾斜面
211p、221p ピッチ円周部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw rotor applied to a screw machine, and a screw machine such as a dry vacuum pump using the screw rotor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a volume transfer screw machine having a pair of screw rotors in a housing is known as a pump or compressor capable of continuous operation at high speed for a long time.
In this type of screw machine, for example, a screw machine used as a dry vacuum pump, male and female screw rotors having a reverse screw relationship are arranged in parallel and both rotors are engaged with each other with a minute clearance therebetween. A working chamber partitioned by the meshing portions of both rotors is formed between the rotor and the housing surrounding these rotors. In addition, by rotating the male and female screw rotors synchronously, the volume of the working chamber is increased on the intake side and decreased on the exhaust side while the male and female screw rotors are in a substantially non-contact state.
[0004] In general, vacuum pumps generally require two important performances of ultimate pressure and exhaust speed, but in screw machines such as dry vacuum pumps, male and female screw rotors are arranged in parallel. And the clearance between the two rotors and the housing greatly affect the performance. Therefore, in such a screw machine, the performance is improved by minimizing the clearance between the male and female screw rotors and the clearance with the housing as much as possible.
The screw machine includes a re-sholm type, a square screw type (having a Quimby type (square) tooth shape), and a spiral type (a spiral screw synthesized with an epitrochoid and an Archimedes spiral). Some types have a tooth profile).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional screw machine, the number of male and female screw rotors is set to one for sealing the exhaust chamber, so that the center of gravity of the rotor is not on the shaft on the shaft cross section and the balance against rotation is poor. For this reason, when the clearance between the male and female screw rotors and the clearance between the housings are very small, vibration occurs when both screw rotors are rotated at high speed with a large load, and the rotors or the rotor and the casing frequently come into contact with each other. . Therefore, seizure occurred between the rotors or between the rotor and the housing. In order to avoid this, there has been a problem that the gap between the male and female screw rotors and the clearance with the housing have to be increased more than necessary, or the rotational speed has to be greatly limited.
In order to avoid this, the center of gravity of the cross section orthogonal to the rotation axis is not greatly displaced from the center of rotation by a cast hole or the like that opens to the end face of the screw rotor so as to balance the couple. There is also a problem that a cavity needs to be formed and the manufacturing process becomes complicated.
Accordingly, the present invention aims to improve the performance by reducing the meshing gap between the screw rotors, and at the same time, a screw machine that can effectively prevent seizure between the rotors even during a long high-speed continuous operation. Is intended to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides screw teeth having a helical tooth tip surface portion and a tooth root surface portion forming a spiral groove between the tooth tip surface portions around the rotation axis, which are opposite to each other. A pitch used as a pair of males and females in a screw relationship, and forming a circular arc in a predetermined angle range having a constant radius on an arbitrary transverse section perpendicular to the rotation axis between the tip surface portion and the tooth surface portion of the screw tooth. In the screw rotor provided with the circumferential portion, each of the screw portions of both the rotors has two or more threads , and at least several pitch circumferential portions are provided on the transverse section, and several pitch circumferential portions. Were arranged symmetrically with respect to the rotation axis.
[0010]
With this configuration, the position of the center of gravity does not greatly deviate from the center of rotation on the cross section orthogonal to the rotation axis, and the center of gravity is near the rotation center axis in any cross section perpendicular to the axis over the entire length of the rotor. Therefore, a very good rotation balance can be obtained. Therefore, it is not necessary to form complicated cavities by casting or the like, and it is possible to reduce the manufacturing cost. Further, since it rotates in a balanced manner around the rotating shaft, the clearance between the male and female screw rotors and the clearance with the housing can be reduced. It can be made extremely narrow, the sealing degree in the pump can be improved, and the backflow of the outside air from the exhaust side is suppressed, and a more efficient vacuum pump can be formed.
In addition, when both rotors come into contact with each other, the number of contact points in the axial direction increases, and the seizure of the rotor that occurs at the time of contact can be distributed throughout the rotor. The expansion contact of the rotor due to the rise can be prevented, and the clearance between the male and female screw rotors and the clearance with the housing can be narrowed.
Further, the pitch circumferential portion having a constant width can exhibit the required sealing performance at the meshing portion of the screw rotor, and the center of gravity can be brought close to the center of rotation, thereby improving the balance.
Further, when the screw rotor is thermally expanded by making the gap between the pitch circumferential portions of the meshing gaps of the male and female screw teeth smaller than the gaps of the other portions, the pitch of the same radius is obtained. The circumferential parts first come into contact with each other and come into rolling contact with each other, and seizure hardly occurs as compared with the conventional machine in which the tooth parts of both rotors are in sliding contact.
[0012]
A screw rotor with a plurality of screw parts having different leads so that the lead is smaller than the intake side, or an uneven lead screw rotor in which the pitch between the screw teeth gradually decreases steplessly as it approaches the exhaust side To do.
With this configuration, when both rotors come into contact, the number of contact points in the axial direction can be increased, and seizure of the rotor that occurs at the time of contact can be distributed throughout the rotor, resulting in a temperature rise only at a specific location. The expansion contact of the rotor can be prevented, and the clearance between the male and female screw rotors and the clearance with the housing can be extremely narrowed.
If the pitch circumferential portion is formed in a band shape at a radial position substantially in the middle between the tooth tip surface portion and the tooth root surface portion, the tooth profile of each rotor is made common to facilitate processing. In addition, the pitch circumferential portion having a constant width can exhibit the required sealing performance at the meshing portion of the screw rotor.
The screw tooth shape is a trocolloid tooth shape or an epitrocolloid tooth shape. With such a configuration, the confidentiality of the transfer chamber can be increased, and the exhaust capacity can be improved.
In the screw machine according to the present invention, the screw rotor is a male and female rotor that mesh with each other, and the rotors are housed in parallel in a non-contact meshing state in a housing formed with an intake port and an exhaust port. A plurality of working chambers are formed between the housing and the two rotors to be transferred in the axial direction of the rotating shaft by the rotation of the screw rotor.
In the present invention, when the screw rotor is thermally expanded, seizure is less likely to occur because the pitch circumferential portions having a constant radius first come into contact with each other and come into rolling contact with each other. In addition, since the meshing gap itself between the rotors can be narrowed between the pitch circumferential portions, the efficiency can be improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 6 are views showing a screw rotor and a screw machine according to an embodiment of the present invention.
The screw machine of this embodiment is an application of the present invention to a dry vacuum pump. FIG. 1 is a front sectional view of a main part of a dry vacuum pump embodying the present invention. A housing 11 having an intake port 11a and an exhaust port 11b; male and female screw rotors 21 and 22 housed in parallel in the housing 11 so as to mesh with each other in a non-contact meshing state with a predetermined clearance (minute gap); Bearings 23a and 23b and seal members 24a and 24b for sealing the shaft holes interposed between the housing 11 and the screw rotors 21 and 22, and the screw rotor 21 so that both the rotors 21 and 22 are synchronously rotated in the opposite directions. And a driving means 27 having a motor 26 connected to one end of the rotor 22.
The female screw rotor 21 and the male screw rotor 22 have a predetermined clearance with respect to the inner wall surface 11i of the housing 11, for example, an outer diameter dimension and an axial length separating a gap of 50 microns. The housing 11 and the screw rotors 21 and 22 are separated from each other by meshing portions of the screw rotors 21 and 22 and are moved in the axial direction of the rotating shaft by the rotation of the screw rotors 21 and 22. A working chamber having a shape is formed.
[0020]
As shown in FIG. 2, the screw rotor 21 is provided with helical screw teeth 211 around the rotation axis C1, and the screw teeth 211 include a helical belt-like tooth tip surface portion 211a and a tooth tip thereof. A tooth root surface portion 211c that forms a spiral groove having a predetermined groove width between the surface portions 211a. Further, between the tooth tip surface portion 211a and the tooth root surface portion 211c of the screw tooth 211, a pitch circumferential portion 211p, a tooth tip side inclined surface closer to the tooth tip surface portion 211a than the pitch circumferential portion 211p, and the pitch circumference A tooth base side inclined surface 211e on the tooth base surface part 211c side of the part 211p is provided.
[0021]
On the other hand, the screw rotor 22 is provided with spiral screw teeth 221 around the rotation axis C2 so as to have a reverse screw relationship with the screw rotor 21, and the screw teeth 221 are formed in a spiral band shape. , And a tooth root surface portion 221c that forms a spiral groove having a predetermined groove width between the tooth tip surface portions 221a. Further, between the tooth tip surface portion 221a and the tooth root surface portion 221c of the screw tooth 221, a pitch circumferential portion 221p, a tooth tip side inclined surface closer to the tooth tip surface portion 221a than the pitch circumferential portion 221p, and a pitch circumference. a tooth root side inclined surface of the tooth root surface portion 221c side of the part 221p, it is provided.
The connecting portions between the tooth tip surface portions 211a and 221a and the pitch circumferential portions 211p and 221p of the screw rotors 21 and 22 are smoothly connected on the transverse section of the rotors 21 and 22, for example, in an arc shape. The connection curve between the pitch circumferential portions 211p and 221p and the tooth root surface portions 211c and 221c of the screw rotors 21 and 22 is smoothly connected on the cross section of the rotors 21 and 22. A connection curve between the tooth tip surface portions 211a and 221a and the tooth root surface portions 211c and 221c of the screw rotors 21 and 22 is formed on the cross section of the rotors 21 and 22 with the mating screw. Each connection shape is set so as to be a trochoidal curve drawn by the tooth tips of the rotors 22 and 21 (one side end portions of the tooth tip surface portions 221a and 211a). To have.
[0023]
FIG. 3 is a right-angle tooth profile curve diagram showing an embodiment of the screw rotor according to the present invention. FIG. 3 shows two rotors meshed with each other, and both rotors are formed in a casing having a rotor chamber having an 8-shaped cross section formed by a rotating cylinder of tooth tips of both rotors shown by outermost dotted lines in the drawing. It is stored. The space 305 formed by the notches 303 and 304 by the rotation of the rotor is transferred from the intake side to the exhaust side to be evacuated. Reference numerals 306, 307, 308, 309, 310, and 311 denote pitch circles. In the case of two strips as shown in FIG. 3, the balance can be improved by arranging pitch circles at 306 and 309 on the diagonal side with respect to the respective rotation axes of the notches 303 and 304. Furthermore, by providing a pitch circle part at a diagonal position with respect to a pair of rotating shafts, such as 308 and 307 and 310 and 311, the center of gravity can be made closer to the center of rotation, and the point where both screw rotors come into contact with each other Can be increased and the force of contact is dispersed.
As shown in FIG. 4, when the screw rotors 21 and 22 are engaged with the mating rotors in which the male and female are opposite to each other, the pitch circumferential portions 211p and 221p of the meshing clearance between the male and female screw teeth 211 and 221 are shown. Pitch circumferential portions 211p and 221p so that the gap g1 between them (gap between opposing surfaces, eg 20 μm) is smaller than the gaps g2, g3, g4 (gap between opposing surfaces, eg 50 μm) etc. And the tooth profile (screw tooth shape in each rotor longitudinal section) are set.
In the screw machine of the present embodiment constructed as described above, the male and female screw rotors 21 and 22 mesh with each other in a non-contact meshing state with a minute clearance at the start or during the normal operation. At this time, the gap g1 between the pitch circumferential portions 211p and 221p among the meshing clearances of the male and female screw teeth 211 and 221 is smaller than the clearances g2, g3, g4, etc. of the other meshing parts. When the screw rotors 21 and 22 are thermally expanded due to high-speed, long-time continuous operation or the like, the pitch circumferential portion 211p having a constant radius is obtained. 221p will contact | abut at first and will be in rolling contact, and it is hard to produce seizing compared with the conventional machine with which the tooth parts 211 and 221 of both the rotors 21 and 22 are slidably contacted. In addition, even in the case of contact, by increasing the number of pitch circles on the axial vertical cross section, the heat generated by the contact of the rotor can be dispersed, and thus the thermal expansion that partially increases the rotor is suppressed. The clearance gap between the male and female screw rotors and the clearance with the housing can be made extremely narrow. Therefore, unlike the conventional case, the clearance is unnecessarily enlarged to prevent seizure, and the pump performance and the compressor performance are not sacrificed. Therefore, a high-performance screw machine can be provided.
Further, since the screw rotors 21 and 22 are configured in two or more lines, the offset of the center of gravity position from the rotation centers C1 and C2 becomes extremely small. Combined with positioning on the central axis, there is no need to form a complex cavity such as casting to balance the couple, and the number of processing steps can be reduced to the extent that a simple shallow recess is formed. .
Further, since the pitch circumferential portions 211p and 221p are formed in a band shape at a radial position substantially in the middle between the tooth tip surface portions 211a and 221a and the tooth root surface portions 211c and 221c, the tooth shapes of the rotors 21 and 22 are formed. The processing can be facilitated by common use, and the required circumferential sealing performance in the meshing portions (between adjacent working chambers) of the screw rotors 21 and 22 is exhibited by the pitch circumferential portions 211p and 221p having a constant width. It will be.
In the above-described embodiment, each screw rotor is described as having the same screw lead from the intake side to the exhaust side. However, for example, the leads are different from each other so that the compression side lead is smaller than the intake side. It may be provided with a plurality of screw parts, or the pitch between the screw teeth gradually decreases steplessly as it approaches the exhaust side. In other words, a screw rotor with unequal leads can be obtained.
[0029]
FIG. 5 is a cross-sectional view perpendicular to the axis when the screw tooth profile of the present invention is made into three strips. In FIG. 5, reference numerals 406 and 407 denote three rotors that mesh with each other, and both rotors are rotor chambers having an eight-shaped cross section formed by rotating cylinders of tooth tips of both rotors indicated by the outermost dotted line in the figure. It is stored in the casing which has. The space 403 formed by the notches 401 and 402 by the rotation of the rotor is evacuated by being transferred from the intake side to the exhaust side. Reference numerals 404, 405, 410 and 411 denote pitch circles. Even in the case of three strips , it is possible to improve the balance by arranging pitch circles at 404 and 405 on each side with respect to the notches 401 and 402 , respectively. Furthermore, by providing another set of pitch circles 410 and 411 , the center of gravity can be made closer to the center of rotation, the number of points where both screw rotors come into contact can be increased, and the force caused by the contact is dispersed. Therefore, the heat generated by the contact of the rotor can be dispersed, so that the thermal expansion that partially increases the rotor can be suppressed, and the clearance between the male and female screw rotors and the clearance with the housing can be extremely narrowed.
Further, the tooth profile of the present embodiment is a trocolloid tooth profile or an epitrocolloid tooth profile, whereby the airtightness of the exhaust phase space formed by both the screw rotor and the housing can be improved.
【The invention's effect】
According to the present invention, by using two or more screws, the balance of the screw rotor is improved during continuous and high speed operation, and when the thermal expansion expands, the pitch circumferential portions having a constant radius are first brought into contact with each other. It is possible to prevent the seizure from occurring due to the rolling contact and the tooth portions of both rotors slidingly contacting each other. Furthermore, by providing a plurality of pitch circumferential portions, it is possible to prevent further seizure from occurring, and even if the exhaust performance is sacrificed, the screw rotor engagement gap must be set large in order to prevent seizure. The conventional problem of not becoming can be solved. Moreover, the airtightness of the phase space formed by both screws can be improved by making the tooth form a trocolloid tooth form or an epitrocolloid tooth form.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of an essential part showing a schematic internal structure of a screw machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a meshed state of male and female screw rotors according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a setting state of meshing gaps of male and female screw rotors according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front view showing a meshed state of male and female screw rotors according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Housing 11a Intake port 11b Exhaust port 21 Female screw rotor 22 Male screw rotor 25a, 25b Synchronous gear 26 Motor 121, 122 Screw rotor 121h1, 121h2, 122h1, 122h2 Recessed portions 211, 221 Screw teeth 211a, 221a Tooth tip surface portion 211c 221c tooth base surface portion 211d, 221d tooth tip side inclined surface 211e, 221e tooth base side inclined surface 211p, 221p pitch circumferential portion

Claims (6)

回転軸の周りに、螺旋状の歯先面部および該歯先面部の間に螺旋状の溝を形成する歯元面部を有するスクリュー歯を設け、互いに逆ねじの関係となる雌雄一対で使用され、前記スクリュー歯の歯先面部と歯元面部の間に、前記回転軸と直交する任意の横断面上で一定半径を有する所定角度範囲の円弧となるピッチ円周部を設けたスクリューロータにおいて、前記両ロータの各ネジ部をいずれも2条以上にし、前記ピッチ円周部を前記横断面上において少なくとも条数個設けかつ条数個のピッチ円周部を回転軸に対して対称に配置したことを特徴とするスクリューロータ。A screw tooth having a helical tooth tip surface portion and a tooth root surface portion forming a helical groove between the tooth tip surface portions around the rotation axis is used in a pair of males and females having a reverse screw relationship with each other, In a screw rotor provided with a pitch circumferential portion that forms an arc of a predetermined angle range having a constant radius on an arbitrary transverse section orthogonal to the rotation axis, between a tooth tip surface portion and a tooth root surface portion of the screw tooth, Each screw part of both rotors has two or more threads , and at least several pitch circumferential parts are provided on the transverse section, and several pitch circumferential parts are arranged symmetrically with respect to the rotation axis. Screw rotor characterized by 前記雌雄のスクリュー歯の噛合隙間のうちピッチ円周部間の隙間が、他の部分の隙間以下になるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のスクリューロータ。  2. The screw rotor according to claim 1, wherein a gap between pitch circumferential portions of the meshing gaps of the male and female screw teeth is equal to or less than a gap of another portion. リードが吸気側より小さくなるよう、互いにリードの異なる複数のスクリュー部を設けたもの、または排気側に近付くほどスクリュー歯間のピッチが無段階に徐々に狭くなっていく不等リードのスクリューロータとすることを特徴とする請求項1または2に記載のスクリューロータ。 A screw rotor with a plurality of screw parts having different leads so that the lead is smaller than the intake side, or an uneven lead screw rotor in which the pitch between the screw teeth gradually decreases steplessly as it approaches the exhaust side screw rotor according to claim 1 or 2, characterized in that. 前記ピッチ円周部が、前記歯先面部と前記歯元面部とのほぼ中間の半径位置に帯状に形成されたことを特徴とする請求項1、2または3に記載のスクリューロータ。  4. The screw rotor according to claim 1, wherein the pitch circumferential portion is formed in a band shape at a substantially intermediate radial position between the tooth tip surface portion and the tooth root surface portion. 前記スクリュー歯型をトロコロイド歯形又はエピトロコロイド歯形としたことを特徴とする請求項1、2、3または4に記載のスクリューロータ。  The screw rotor according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the screw tooth shape is a trocolloid tooth shape or an epitrocolloid tooth shape. 請求項1、2、3、4又は5に記載のスクリューロータを使用し、吸気口および排気口を形成したハウジング内に、両ロータを非接触噛合状態で噛合うよう平行に収納して、該ハウジングと両ロータとの間に、前記スクリューロータの回転によって前記回転軸の軸方向に移送される複数の作業室を形成したことを特徴とするスクリュー機械。The screw rotor according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein both rotors are housed in parallel so as to mesh in a non-contact mesh state in a housing having an intake port and an exhaust port, A screw machine characterized in that a plurality of working chambers are formed between a housing and both rotors to be transferred in the axial direction of the rotary shaft by the rotation of the screw rotor.
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