(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入側端面から吸入された気体を圧縮して吐出側端面から吐出するスクリュー圧縮機において、
複数の歯から成る雄ロータと、
複数の歯から成り、前記雄ロータと噛み合う雌ロータと、
前記雄ロータと前記雌ロータとが収納されたケーシングと、
前記雄ロータと前記雌ロータと前記ケーシングの外周部とで囲まれて形成された複数個の作動室と、
雄ボア部円筒面と雌ボア部円筒面との交線をカスプ線とし、
前記複数個の作動室の内、隣り合う作動室とで形成され、雄ロータと雌ロータの接触開始点、雄ロータの歯先線とカスプ線の最接近点、および雌ロータの歯先線とカスプ線の最接近点を互いに結ぶことにより形成される複数個のブローホールと、
前記雄ロータの歯と前記雌ロータの歯とが噛み合って形成され、雄ロータの後進面、雌ロータの後進面および吐出側端面とで囲まれる複数個のアキシャル連通路とを備え、
前記雄ロータ及び前記雌ロータは、ロータ軸に直交する境界において、ロータ軸方向に歯形が断続的に切り替わる形状であり、
前記ロータ軸に直交する境界から吸入側端面までの形状は、前記吸入側端面で形成された前記ブローホールの面積がその他のブローホールの面積よりも小さくなる形状であり、
前記ロータ軸に直交する境界から吐出側端面までの形状は、前記吐出側端面に形成された前記アキシャル連通路の面積が他の前記アキシャル連通路の面積よりも小さい形状であることを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、
前記雄ロータの断面の形状は、
前記雄ロータの歯形曲線上にあって最外周となる歯先点をＴｍ、
前記歯形曲線上で前記歯先点Ｔｍから前記雄ロータの回転方向である前進面と逆方向側である後進面上にある点をＭ、前記雄ロータの回転中心をＯｍ、
前記雌ロータの回転中心をＯｆ、  前記Ｏｍから前記Ｏｆまでの線分を前記雄ロータと前記雌ロータの歯数比で内分した点をピッチ点Ｐ、
前記ピッチ点Ｐを通り前記雄ロータの回転中心に中心を一致させた円を雄ピッチ円、  前記ピッチ点Ｐを通り前記雌ロータの回転中心に中心を一致させた円を雌ピッチ円と定義し、
前記Ｍから前記歯形曲線に直交する直線を引き、
前記直線と前記雄ピッチ円との交点のうち、前記Ｍに近い方の点をＣとし、
前記Ｃと前記Ｏｍと前記Ｐとが成す角度∠ＣＯｍＰをθｍとし、
前記Ｍが前記Ｔｍを起点に、前記後進面の方向へ移動する場合に前記θｍがとる極大値をθｍａとした場合、
前記ロータ軸に直交する境界から前記吸入側端面までの形状は、前記θｍａが他の形状より大きく、
前記ロータ軸に直交する境界から前記吐出側端面までの形状は、前記θｍａが他の形状より小さいことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載のスクリュー圧縮機において、
前記雄ロータの軸方向の長さと前記雌ロータの軸方向の長さは等しく、
前記ロータ軸に直交する境界は、前記吸入側端面から前記吐出側端面の全長において、前記吐出側端面に近い位置に設けられるとともに、
前記雄ロータの前記ロータ軸に直交する境界は、前記雌ロータの前記ロータ軸に直交する境界よりも前記吐出側端面に近い位置に設けられたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項４】
請求項３に記載のスクリュー圧縮機において、
前記雄ロータ及び前記雄ロータの各々の歯の歯形において、
前記歯形の外径寸法は、前記吸入側端面から前記吐出側端面まで同一とし、
前記雄ロータ及び前記雌ロータの前記前進面の歯形曲線は、前記吸入側端面から前記吐出側端面まで同一とし、
前記雄ロータ及び雌ロータの前記後進面の歯形曲線は、前記吸入側端面から前記ロータ軸に直交する境界までの前記歯形曲線と、前記吐出側端面から前記ロータ軸に直交する境界までの前記歯形曲線とは異なることを特徴とするスクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリュー圧縮機のロータの形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリュー圧縮機の性能を低下させる要因の代表的なものは内部漏洩である。内部漏洩とは、圧縮が進んで圧力が上昇した作動室から、圧縮開始前や圧縮が進んでいない比較的低圧の作動室に圧縮された気体が逆流する現象をいう。内部漏洩は、エネルギを要して圧縮したガスが低圧状態に戻ってしまうことから、内部漏洩はエネルギ損失となり、好ましくない。
【０００３】
内部漏洩は、作動室が完全に閉じた空間とはなっておらず、他の作動室とつながる隙間が存在するために発生する。この隙間を内部漏洩流路と呼び、存在する位置と形状から幾つかに分類している。大きくは３種に分類され、雌雄ロータ間の隙間、ロータとケーシングとの間の隙間及びブローホールである。雌雄ロータ間の隙間は、噛み合ったシール線を横断する隙間とアキシャル連通路の２つに細分できる。
【０００４】
性能向上のため、これら内部漏洩流路の断面積を縮小する努力はされているものの、次のような制約から断面積を縮小することは簡単ではない。１つめは、回転するロータと動かないケーシングとが接触しないように、ロータとケーシングとの間には、隙間が必要なことである。２つめは、製造上避けられない加工誤差，熱変形及びガス圧変形等を許容するために、雄ロータと雌ロータとの間、雄ロータ及び雌ロータとケーシングの間には、隙間が必要なことである。また、ブローホールについては、運搬容積とのトレードオフにより、ブローホールの面積をゼロにすることが必ずしも最高効率とは限らない。
【０００５】
これまでの歯形の改良は、主にブローホールの面積の縮小やシール線長さを短くして面積を縮小することを主眼に進められてきた。その代表的なものは、特公昭６３−０４３５９７号公報に開示されている。
【０００６】
アキシャル連通路は、従来の歯形ではあまり重要視されていなかった内部漏洩流路である。図９に示すように、アキシャル連通路２２は、ロータの回転によって吐出側端面に周期的に現れる雌雄ロータの後進面どうしにはさまれた細い三日月形状の穴である。吐出側端面から見て、このアキシャル連通路２２の奥方向すなわち吸入端方向は吸入過程の低い圧力の作動室に連通している。一方で、図９に示すように吐出側端面の下半面には、吐出ポート６が形成されており、この輪郭の内側は吐出圧力すなわち高い圧力の空間に面している。したがって、アキシャル連通路２２が吐出ポート６の輪郭内にあるときは、そこを通って、吐出圧力の空間から吸入圧力の作動室に向かって内部漏洩を発生する。なお、アキシャル連通路２２が吐出ポート６の輪郭の外にあるときでも、ボア部端面の隙間を通って漏れるため、漏れが皆無とはならないため、面積が小さいことは常に望ましい。
【０００７】
ブローホールとアキシャル連通路の２つの内部漏洩流路は、幾何学的な理由により同時に小さくできない。したがって、従来の歯形においては、その使用条件などから一方のみに着目して面積縮小を図るか、あるいは両者を勘案して妥協した形状にするなどしていた。
【０００８】
特開昭４８−０２５２０６号公報，実開昭５２−１４２２１７号公報及び特開平９−０３２７６６号公報には、ロータを連続した形状とせずに、軸方向の途中でリードを断続的に変えた構造が開示されている。しかし、これらの文献では、軸直角断面で定義される歯形は同一のものを用いており、歯形の特徴に関する差異は示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭６３−０４３５９７号公報
【特許文献２】特開昭４８−２５２０６号公報
【特許文献３】実開昭５２−１４２２１７号公報
【特許文献４】特開平９−０３２７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように、従来の歯形によるスクリュー圧縮機においては、ブローホールとアキシャル連通路という２つの内部漏洩流路の両方を同時に小さくすることは幾何学的に不可能であった。そのため、内部漏洩量の低減には限界があり、性能向上の妨げとなっていた。
【００１１】
本発明の目的は上記課題に鑑みて成されたものであり、ブローホールを通過する気体の漏洩と、アキシャル連通路を通過する気体の漏洩の両方を同時に低減することが可能なスクリュー圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、吸入側端面から吸入された気体を圧縮して吐出側端面から吐出するスクリュー圧縮機において、複数の歯から成る雄ロータと、複数の歯から成り、前記雄ロータと噛み合う雌ロータと、前記雄ロータと前記雌ロータとが収納されたケーシングと、前記雄ロータと前記雌ロータと前記ケーシングの外周部とで囲まれて形成された複数個の作動室と、前記複数個の作動室の内、隣り合う作動室とで形成された複数個のブローホールと、前記雄ロータの歯と前記雌ロータの歯とが噛み合って形成された複数個のアキシャル連通路とを備え、前記雄ロータ及び前記雌ロータは、何れかの位置での断面の形状が異なり、前記断面の形状は、断続的に前記歯の歯形が切り替わる形状であり、前記何れかの位置から吸入側端面までの形状は、前記吸入側端面で形成された前記ブローホールの面積がその他のブローホールの面積よりも小さくなる形状であり、前記何れかの位置から吐出側端面までの形状は、前記吐出側端面に形成された前記アキシャル連通路の面積が他の前記アキシャル連通路の面積よりも小さい形状である。
【００１３】
さらに、前記雄ロータの断面の形状は、前記雄ロータの歯形曲線上にあって最外周となる歯先点をＴｍ、前記歯形曲線上で前記歯先点Ｔｍから前記雄ロータの回転方向である前進面と逆方向側である後進面上にある点をＭ、前記雄ロータの回転中心をＯｍ、前記雌ロータの回転中心をＯｆ、前記Ｏｍから前記Ｏｆまでの線分を前記雄ロータと前記雌ロータの歯数比で内分した点をピッチ点Ｐ、前記ピッチ点Ｐを通り前記雄ロータの回転中心に中心を一致させた円を雄ピッチ円、前記ピッチ点Ｐを通り前記雌ロータの回転中心に中心を一致させた円を雌ピッチ円と定義し、前記Ｍから前記歯形曲線に直交する直線を引き、前記直線と前記雄ピッチ円との交点のうち、前記Ｍに近い方の点をＣとし、前記Ｃと前記Ｏｍと前記Ｐとが成す角度∠ＣＯｍＰをθｍとし、前記Ｍが前記Ｔｍを起点に、前記後進面の方向へ移動する場合に前記θｍがとる極大値をθｍａとした場合、前記何れかの位置から前記吸入側端面までの形状は、前記θｍａが他の形状より大きく、前記何れかの位置から前記吐出側端面までの形状は、前記θｍａが他の形状より小さくする。
【００１４】
さらに、前記雄ロータの軸方向の長さと前記雌ロータの軸方向の長さは等しく、前記何れかの位置は、前記吸入側端面から前記吐出側端面の全長において、前記吐出側端面に近い位置に設けられるとともに、前記雄ロータの何れかの位置は、前記雌ロータの何れかの位置よりも前記吐出側端面に近い位置に設けられる。
【００１５】
さらに、前記雄ロータ及び前記雄ロータの各々の歯の歯形において、前記歯形の外径寸法は、前記吸入側端面から前記吐出側端面まで同一とし、前記雄ロータ及び前記雌ロータの前記前進面の歯形曲線は、前記吸入側端面から前記吐出側端面まで同一とし、前記雄ロータ及び雌ロータの前記後進面の歯形曲線は、前記吸入側端面から前記何れかの位置までの前記歯形曲線と、前記吐出側端面前記何れかの位置までの前記歯形曲線とは異なる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ブローホールを通過する気体の漏洩と、アキシャル連通路を通過する気体の漏洩の両方を同時に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１のスクリュー圧縮機を示す図である。
【図２】歯形Ａと歯形Ｂの比較を示す図である。
【図３】ブローホールが小さい歯形Ｂを示す図である。
【図４】アキシャル連通路が小さい歯形Ａを示す図である。
【図５】一般的な油冷式スクリュー圧縮機の模式的断面図である。
【図６】従来のスクリュー圧縮機における雄ロータの側面である。
【図７】従来のスクリュー圧縮機における吐出側端面から見た断面図である。
【図８】図６の部分拡大図でブローホールの形状を示す。
【図９】図７の部分拡大図でアキシャル連通路とその時間変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施例を説明する前に、スクリュー圧縮機一般の内部漏洩流路について説明する。
【００１９】
図５は、一般的な油冷式スクリュー圧縮機の模式的断面図である。ケーシング３内部に複数の歯から成る雄ロータ１と、複数の歯から成り、雄ロータ１と噛み合う雌ロータ（図５の断面では表示されない）を収納し、両者を噛み合わせた状態で回転自在に軸支する。雄ロータ１の一端は動力入力軸８としてケーシング３の外部に引き出しておく。両ロータを収納したケーシング３内のボア部には吸入ポート５と吐出ポート６が開口しケーシング３を貫通して外部に連なる流路を形成する。
【００２０】
図６は、このスクリュー圧縮機の中にある雄ロータ１を噛み合った側面から見た拡大図である。雄ロータ１の手前側に位置する雌ロータ２は図示しないが、両ロータの理論上の接触線であるシール線７は雄ロータ１の表面に描かれる。このシール線７は、屈曲しながら連続する１本の線である。このシール線７上において、雄ロータ１と雌ロータ２とは、接触するか、あるいは０.１mm以下の小さな隙間が分布する。ロータ表面に刻まれた螺旋状の歯溝は、シール線７やロータ外周により区切られて複数個の作動室１１〜１９を形成する。すなわち、作動室は、雄ロータ１と雌ロータ２とケーシング３の外周部とで囲まれて形成される。雄ロータ１が正回転すると、ねじれの作用により、作動室１１〜１９は、吸入側端面２３から吐出側端面２４に向かって軸方向右に移動しながら内容積を拡大そして縮小する。
【００２１】
内容積拡大中の作動室１１〜１４は、ケーシング３に開口した吸入ポート５に連通し、外部から圧縮されていない気体が作動室に吸い込まれる。最大容積の作動室１５から吐出開始の作動室１８の直前までは、内部漏洩流路となるわずかな隙間を除けば閉ざされた空間となり、内容積の縮小に伴って圧縮されて内圧が上昇する。作動室１８からケーシング３の右下に開口した吐出ポート６に連通を開始する。作動室１９は、連通した吐出ポート６から圧縮された気体を吐出中であり、容積ゼロに至り作動室が消滅するまで吐出が継続する。
【００２２】
図７は、雄ロータ１及び雌ロータ２がケーシング３の中で噛み合った姿を吐出側端面２４から見た図である。図７において、雄ボア部円筒面９と雌ボア部円筒面１０との交線をカスプ線４と呼び尖った形状をしている。図６は、カスプ線４を含む断面で示したもので、上下２本のカスプ線４はシール線７をはさむように上下に位置している。吐出側端面２４には、ケーシング３内部のボア部端面にアキシャル方向の吐出ポート６を形成している。その輪郭形状は、図７に示すように独特な形をしている。
【００２３】
図５や図６に示したように、一般的なスクリュー圧縮機のロータは、吸入側端面２３から吐出側端面２４まで全範囲で同一の歯形である。一方の端面から軸方向に移動するにつれて、その移動量に比例して歯形が回転してロータの表面を形成し「ねじ状」になっている。なお、熱変形補償やガス圧変位補償を目的に、ロータ歯面の加工時に工具の切り込み量を変えるなどして、歯形を数十μｍだけ微調整し吸入側と吐出側で変えることもある。この微調整は運転時に所定の歯形にすることを目的としており、全範囲で同一の歯形になるよう設計されている。したがって、シール線７の形状も軸方向位置で変化することもなく、歯形が変化するとはみなされない。
【００２４】
図８を用いて、ブローホール２１の形状を説明する。図８は、図６の一部であるシール線７の先鋭部付近を拡大したものである。ブローホール２１は、カスプ線４に沿って隣接する作動室、例えば作動室１７と作動室１８をつなぐ漏洩流路でおおよそ三角形状をしている。すなわち、ブローホール２１は、複数個の作動室の内、隣り合う作動室で複数個形成される。ブローホール２１の頂点Ｓは接触開始点と呼び、軸直角断面上にある雄ロータ１及び雌ロータ２の歯形が回転により接触を開始した瞬間の接触点と定義される。ブローホール２１の底辺はカスプ線４によって形成され、その右側の端２５は、雄ロータ１の歯先線３２とカスプ線４が交差した位置である。なお、雄ロータ１の歯先線３２とカスプ線４は隙間ゼロであれば、幾何学的な交差となるが、実際には先に述べた理由により微小な隙間があるため最接近を交差とみなす。ブローホール２１の底辺の左側の端２６も同様に、雌ロータ２の歯先線（図示せず）とカスプ線４の交差した位置となる。
【００２５】
ブローホール２１の面積は、接触開始点Ｓが上方にあるほど、その概略形状である三角形の高さが高くなり、同時に底辺の長さも長くなるため、大きくなる。したがって、ブローホール２１による内部漏洩を低減するには、カスプ線４を下限として接触開始点Ｓを下方に設定した方が良い。
【００２６】
図８及び図９を用いてアキシャル連通路２２の形状と特徴について説明する。図９は図７の吐出ポート６付近を拡大した図である。図９に示すように、雄ロータ１と雌ロータ２の後進面どうしの噛み合いで三日月形状のアキシャル連通路２２が形成される。すなわち、雄ロータ１の歯と雌ロータ２の歯とが噛み合って形成される。このアキシャル連通路２２は、常に存在するのではなく、ロータの回転に伴って吐出側端面２４に周期的に現れる。その様子は、雄ロータ１及び雌ロータ２の噛み合い接触の開始すなわち接触開始点Ｓで誕生し、その後、図９中に重ね書きするように図中で下から上に向かって移動しながら、面積を拡大する。
【００２７】
図８に示すように、アキシャル連通路２２を横方向から見ると、シール線７が吐出側端面２４によって切り取られたことによるシールの欠落部として描かれる。アキシャル連通路２２の右側は圧縮完了後の圧縮された気体がある吐出室２０であり、左側は吸入過程にある作動室１３である。したがって、アキシャル連通路２２は吐出室２０から吸入中の作動室１３への内部漏洩流路になる。スクリュー圧縮機の性能向上のためには、この流路の縮小が不可欠であるが、周期的に面積変化する流路であることから、時間的に重み付けした面積の縮小が要求される。
【００２８】
再び、図９を用いて、アキシャル連通路の面積変化について説明する。先に述べたように、アキシャル連通路２２は接触開始点Ｓで誕生し、そこから面積を拡大しながら上方に移動するので、接触開始点Ｓが上方にあり雄ロータ１及び雌ロータ２の接触開始が遅れれば、それだけアキシャル連通路２２が現れるタイミングが遅くなり、面積拡大も遅れ、結果として内部漏洩が低減できる。図９に示した上限に達した時点が最終で、これより上に移動すれば吐出ポート６の輪郭からはずれていくため、ここから先では内部漏洩の問題は無視できるようになる。
【００２９】
アキシャル連通路２２と吐出ポート６の輪郭との関係を説明する。アキシャル連通路２２の手前側にあたる吐出側端面２４には吐出ポート６が形成されており、さらにその手前側が吐出室２０となっている。内部漏洩流路であるアキシャル連通路２２を塞ぐ目的で、吐出ポート６の輪郭の上側中央部を下方向に高さＨだけ延ばしている。アキシャル連通路２２を塞ぐだけであれば高さＨは大きい方が好ましいが、作動室１８からの吐き出しを円滑にするためには開口面積の拡大が望ましく、高さＨは小さい方がよい。この相反する２つの要求を同時に満たすことは難しいため、両者を勘案した中間形状を採用することが多い。
【００３０】
以上で述べたように、ブローホール２１の面積は、接触開始点Ｓが下方にある方が小さい。そして、逆にアキシャル連通路２２は、接触開始点Ｓが上方にある方が小さくなる。従って、性能向上のために、これら２つの内部漏洩流路を小さくしたい要求があるが、同時に小さくする歯形は幾何学的に存在しない。
【００３１】
実施例１を、図１，図２を用いて説明する。図１は、雄ロータ１を噛み合った側から見た断面図である。図２は、ブローホールが小さい歯形Ｂとアキシャル連通路が小さい歯形Ａを重ね描きした図である。なお、先に述べた一般的なスクリュー圧縮機と共通する構造や作用については、以下の説明では重複を避け省略する。また、図２には、スクリューの１つの歯形を示すが、点Ｐならびに点Ｔｍを通る水平線を境に上側を前進面、下側を後進面という。雄ロータ１の歯形は凸、雌ロータ２の歯形は凹で定義されており、回転方向に対して前側を前進面、後側を後進面と定義したことによる。したがって、面が回転方向や逆方向を向くという意味ではないので、雌ロータ２の前進面は回転に対して後を向いている。後進面の形状は、本発明の本質にかかわるブローホールの面積やアキシャル連通路の断面積を左右するが、前進面はそれらに直接関係しない。
【００３２】
雄ロータ１において、境界（何れかの位置）３１から吸入側は、歯形Ｂと表記したブローホールが小さい歯形を、吐出側は歯形Ａと表記したアキシャル連通路の小さい歯形とする。これら両歯形とも外径や歯底径、リードならびに前進面の形状は同一である。歯の加工方法については、歯形Ａと歯形Ｂを別々に加工した後に締結して一体化したものであっても、あるいは一体の素材から加工具を交替して歯形を変えたものであってもよい。境界３１の面を境に後進面の歯形Ａの断面の形状と歯形Ｂの断面の形状は異なるので段差になっているが、前進面の形状は同一なので滑らかに連続した表面となっている。
【００３３】
雌ロータ２も同様に、歯形Ａと歯形Ｂを組み合わせた形状である。しかし、境界３１の位置は、雄ロータ１の境界３１よりもわずかに吸入側とする。このときの境界断面の位置の違いは、吐出側端面２４におけるロータとボア部端面との間の隙間と同等程度とする。言い換えると、境界３１は、吸入側端面２３から吐出側端面２４の全長において、吐出側端面２４に近い位置に設けられるとともに、雄ロータ１の境界３１は、雌ロータ２の境界３１の位置よりも吐出側端面２４に近い位置に設けられる。また、雄ロータ１の軸方向の長さと雌ロータ２の軸方向の長さは、等しく形成される。
【００３４】
図２を用いて、歯形Ａと歯形Ｂの違いを説明する。図２は、雄ロータ１の歯形と雌ロータ２の歯形をおよそ１歯分だけを拡大して示した図である。図中の矢印の向きに、雄ロータ１は時計回り、雌ロータ２は反時計回りする。図２では、雄ロータ１の歯先点Ｔｍが雌ロータ２の歯底点Ｔｆとわずかな隙間をはさんで向き合っており、これは設計上は噛み合った状態を意味する。このときの両ロータの回転角度を基準角度、即ち回転角度０度と定める。
【００３５】
これらの歯先点Ｔｍと歯底点Ｔｆから回転方向にある歯の表面や歯形曲線を前進面、反回転方向を後進面と呼ぶ。雄ロータ１の回転中心と雌ロータ２の回転中心を結ぶ線分を雄ロータ１の歯数と雌ロータ２の歯数の比で内分した点をピッチ点Ｐと呼び、実体は無いものの設計上は重要な位置である。ピッチ点を通り雄ロータ１と雌ロータ２の各々のロータの回転中心に中心を有する円は、ピッチ円ｐｍ，ｐｆと呼び、これも設計上重要である。また、雄ロータ１の歯形を雄歯形、雌ロータ２の歯形を雌歯形と称する。
【００３６】
歯形Ａと歯形Ｂの形状について、前進面の形状は共通するが、後進面の形状は異なる。雄ロータ１は、歯形Ａが歯形Ｂより膨らんでいる。これとは逆に、雌ロータ２は、歯形Ｂが歯形Ａよりも膨らんでいる。いずれの歯形においても、雄ロータ１及び雌ロータ２の歯形上の各点は１対１で対になっており、噛み合いの原理「等速比で噛み合ったときの両歯面の共通法線はピッチ点を通る」を満足する。表現を変えると、「ある歯面上の点が噛み合いの原理を満たす位置に来たとき、相手歯面と接触あるいは微小な隙間を挟んで対峙する」と表現できる。スクリュー圧縮機用のロータは、この原理を満足する必要があることから、雄ロータ１及び雌ロータ２の何れか一方の歯形を決めると、他方の歯形形状が唯一に決まることになる。
【００３７】
図３を用いてブローホールの小さい歯形Ｂの特徴について説明する。
【００３８】
図３に示されているように、雄ロータ１の歯形上にある点Ｍを仮定し、これが歯先点Ｔｍを出発点として後進面方向つまり図中下方に移動すると考える。移動点Ｍを通り歯形曲線に直交する直線Ｌと雄ロータ１のピッチ円ｐｍとの交点を点Ｃとする。雄ロータ１を逆回転させれば、点Ｃはピッチ円上を動きピッチ点Ｐに重ねることができる。このときの雄ロータ１の回転角度をθｍとする。移動点Ｍが出発点Ｔｍにあるとき、θｍの値は０度で、そこから逆回転方向に移動するに従い、大きくなっていく。そして、ある位置で極大値となる角度θｍａとなった後にθｍは再び０度に近づいていくことになる。ここで求めた極大値θｍａが接触開始角度である。
【００３９】
雄ロータ１及び雌ロータ２の歯形は正回転により、互いに近づいてきて、接触開始角度になったとき一点Ｓｂで接触し、この点Ｓｂが歯形Ａの接触開始点である。図３に、このときの歯形の位置関係を示す。交点Ｃはピッチ点Ｐに重なり、極大値θｍａとなったときの移動点Ｍが接触開始点Ｓｂになる。この位置から更に回転が進むと接触点は２つに分離し、その間がアキシャル連通路２２となる。
【００４０】
接触開始角度θｍａの絶対値が大きいと、早めに雄ロータ１と雌ロータ２とが接触することになり、接触開始点Ｓｂが下方すなわちカスプ線４に近いことと同じ意味である。したがって、ブローホールが小さい歯形Ｂは、歯形Ａに比較して接触開始点Ｓｂが下方にあり、接触開始角度θｍａの絶対値が大きいことになる。
【００４１】
図４を用いてアキシャル連通路２２の小さい歯形Ａの特徴を説明する。図４は、接触開始状態にある雄ロータ１及び雌ロータ２の歯形Ａを示している。先に説明した接触開始角度θｍａの絶対値が歯形Ｂよりも小さいため、接触開始が遅く、接触開始点Ｓａは上方に位置する。回転が進むことにより、接触点が２つに分かれて、その間がアキシャル連通路２２となるので、この歯形ではアキシャル連通路２２の出現が遅くなる。また、同じ回転角度におけるアキシャル連通路２２の面積は、常に歯形Ｂよりも小さいので、時間平均した面積は歯形Ｂよりも小さくなる。
【００４２】
歯形Ａも歯形Ｂも各々の特徴を実現するための後進面は別な形状になるが、前進面については制約が無い。ここで、前進面は同一の形状を採用する。その理由は、ロータを組み立てる際に回転方向の位相を調整する必要があるが、前進面を同一形状にしておけば、面が連続するように調整すればよく、比較的容易に精度を出すことができるためである。
【００４３】
吐出ポート６の輪郭のうち一部も従来例より変更する。図９に示した吐出ポート６のうちアキシャル連通路２２をふさぐ目的で形成した上中央部からの張り出し高さＨを小さくする。なぜなら、接触開始点Ｓが上方にあるため、不必要な部分をふさぐ必要がないためである。
【００４４】
すなわち、雄ロータ１及び雌ロータ２の断面の形状は、断続的に歯の歯形が切り替わる形状であり、境界３１から吸入側端面２３までの形状は、吸入側端面２３で形成されたブローホールの面積がその他のブローホールの面積よりも小さくなる形状であり、境界３１から吐出側端面２４までの形状は、吐出側端面２４に形成されたアキシャル連通路の面積が他のアキシャル連通路の面積よりも小さい形状である。
【００４５】
以上のスクリュー圧縮機は、以下のように作用する。
【００４６】
図１において、作動室１１〜１９は、雄ロータ１と噛み合った雌ロータ２の回転により、ねじれた歯の作用で、吸入側端面２３から吐出側端面２４に向かって移動する。ロータの全長に及ぶ作動室１５は、最大容積である。作動室１５より左側にある作動室１１〜１４は、吸入ポート５と連通し、圧縮されていない気体を作動室に吸い込む。作動室１５〜１８は、外周をボア部内面８、端面２４をボア部端面でふさがれて閉じた室であるまま容積が縮小し、内部の気体を圧縮する。ある程度容積が縮小した作動室１９は、吐出側端面２４の開口部である吐出ポート６を経て吐出室２０と連通し、圧縮された気体を吐出する。
【００４７】
作動室１５から作動室１８までは、内圧が順に高くなっているため、ブローホールを通って、作動室１８から１７、１７から１６、１６から１５への内部漏洩がある。しかし、これらの区間には、歯形Ｂが採用され、接触開始点Ｓｂは下方にあり、カスプ線４に近く、ブローホール面積は小さい。したがって、ブローホールを通る漏れによる性能低下は非常に小さく抑えられる。また、これらの区間では、アキシャル連通路は現れず、歯形Ｂのデメリットは顕在化しない。
【００４８】
作動室１８は、吐出ポート６と連通し吐出を開始する作動室である。この作動室１８の内圧は十分に高く、吐き出しが進んでいる作動室１９や吐出室２０の内圧とほぼ同等にある。したがって、接触開始点Ｓａは上方にあり、作動室１８と作動室１９をつなぐブローホールは大きいが、差圧がほとんど無く、漏洩量は無視できる程度であるため、性能への悪影響はない。一方で、接触開始点Ｓａは上方かつ左（吸入側寄り）にあるため、図１に示した角度においてもアキシャル連通路は吐出側端面２４に開口していない。回転が進んで接触開始点Ｓａは、吐出側端面２４に至り、アキシャル連通路が開いても、それから面積拡大する時間も経過しないうちに吐出ポート６からはずれるため、漏洩量は少なく抑えられる。
【００４９】
ロータ上の歯形の境界３１におけるシール線７の変形について説明する。図６に示したように、従来のスクリュー圧縮機においては、ロータ表面に描かれるシール線７は同じ形状のままで、ロータの回転に伴い吸入側端面２３から吐出側端面２４に向かって平行移動する。実施例１においては、歯形Ｂの領域にあるシール線７の先鋭部が境界３１にさしかかると、歯形Ａの先鋭部が現れるまで境界面３１をシール線７の一部として振る舞うことになる。このとき、作動室１７の吐出側端は境界３１にある歯形Ａと歯形Ｂのずれで現れる端面（図２参照）でふさがれることになる。
【００５０】
吐出過程の後半にある作動室１９からの吐き出し動作では、吐出ポート６の開口面積が重要である。図９に示した従来例では寸法Ｈが大きく、開口面積が不十分であった。実施例１においては寸法Ｈが小さく、抵抗の少ない円滑な吐き出し動作が可能であり、この効果も性能向上に寄与する。
【００５１】
実施例１においては、歯形Ａと歯形Ｂが切り替わる境界を境界３１に定め、断続的に歯形を交替した。境界３１に幅を持たせて歯形が切り替わる遷移領域とし、歯形Ａと歯形Ｂが連続的に変化する形状でも、同様の効果が期待できる。例えば、境界３１に該当する部分を他の部分に対して、ロータの軸方向に１ピッチ分程度の幅を余分に持たせる。
【符号の説明】
【００５２】
１  雄ロータ
２  雌ロータ
３  ケーシング
４  カスプ線
５  吸入ポート
６  吐出ポート
７  シール線
９  雄ボア部円筒面
１０  雌ボア部円筒面
１１，１２，１３，１４  内容積が拡大過程にあり、内圧が吸入圧力にほぼ等しい作動室
１５  内容積が最大となり、吸入ポートとの連通が終了した作動室
１６，１７，１８  内容積が縮小過程にあり、内圧が次第に上昇している作動室
１９  吐出ポートと連通し内容積が縮小過程にある作動室
２０  吐出室
２１  ブローホール
２２  アキシャル連通路
２３  吸入側端面
２４  吐出側端面
２５  ブローホールの雄歯先頂点
２６  ブローホールの雌歯先頂点
３１  歯形が切り替わる境界
３２  雄ロータ１の歯先線
Ｃ  直線Ｌとピッチ円ｐｍの交点
Ｍ  雄歯形上の移動点
Ｏｍ  雄ロータの回転中心
Ｏｆ  雌ロータの回転中心
Ｐ  ピッチ点
ｐｍ  雄ピッチ円
ｐｆ  雌ピッチ円
Ｓ  接触開始点
Ｓａ  歯形Ａの接触開始点
Ｓｂ  歯形Ｂの接触開始点
Ｔｍ  雄の歯先点
Ｔｆ  雌の歯底点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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