(57)【要約】  前段ガス圧縮機アセンブリ（３）は、駆動側スクリューロータ（１１）と、この両側から、これに直交する状態で噛み合っている二組の扁平な従動側スクリューロータ（１２、１３）とを有している。駆動側スクリューロータ（１１）は、その中心軸線を含む平面で切断した場合におけるロータ輪郭形状が、そのガス吸込側からガス吐出側に向けて外径が漸増するように凹曲線によって規定されている。この凹状曲線は、駆動側スクリューロータ（１１）の中心軸線から当該凹曲線上の点まで距離と、各従動側スクリューロータ（１２、１３）の中心から当該点までの距離とが同一または一定の比率に保持される曲線である。駆動側スクリューロータ（１１）の吐出側の軸端面には冷却ファン（１１５）が一体形成されている。小型でシンプルな構造の空冷式容積形オイルフリースクリューガス圧縮機を実現できる。
2009040877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動側スクリューロータと、
この駆動側スクリューロータの両側に直交する状態に配置され、当該駆動側スクリューロータのスクリュー歯に対して微小ギャップを維持しながら噛み合っている扁平なスクリュー歯を備えた二組の従動側スクリューロータとを有し、
前記駆動側スクリューロータをその中心軸線を含む平面で切断した場合における当該駆動側スクリューロータの輪郭形状は、そのガス吸込側の第１軸端面からガス吐出側の第２軸端面に向けて外径が漸増するように、凹曲線によって規定されており、
当該凹状曲線は、前記駆動側ロータの前記中心軸線から当該凹曲線上の点まで距離と、各従動側ロータの中心から当該点までの距離とが同一、あるいは、一定の比率に保持される曲線、または、当該曲線の近似円弧であることを特徴とする容積形ガス圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の容積形ガス圧縮機において、
前記従動側ロータの中心から前記凹曲線上の点まで距離ｌに対して、各駆動側ロータの前記中心軸線から当該凹曲線上の点までの距離が１．０ｌ〜１．５ｌの範囲内の一定の値に保持されることを特徴とする容積形ガス圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の容積形ガス圧縮機において、
前記駆動側スクリューロータのスクリュー溝における前進面は、その進み角が前記従動側スクリューロータの回転角の進みに拘らず一定となるように形成され、
前記駆動側スクリューロータのスクリュー溝における後進面は、その進み角が前記従動側スクリューロータの回転角の進みに応じて創成される進み角度となるように形成されていることを特徴とする容積形ガス圧縮機。
【請求項４】
請求項２に記載の容積形ガス圧縮機において、
前記駆動側スクリューロータのスクリュー溝における前進面および後進面は、それぞれの進み角が前記従動側スクリューロータの回転角の進みに応じて創成される進み角度となるように形成されていることを特徴とする容積形ガス圧縮機。
【請求項５】
請求項１に記載の容積形ガス圧縮機において、
前記駆動側スクリューロータの前記第２軸端部には、その円周方向に一定の間隔で配置した冷却ファンが形成されていることを特徴とする容積形ガス圧縮機。
【請求項６】
請求項１に記載の容積形ガス圧縮機において、
前記駆動側スクリューロータおよび前記従動側スクリューロータが内蔵されているロータケーシングを有し、
当該ロータケーシングにおける二組の前記従動側スクリューロータの外周側の部位に、ガス吸込口が形成されていることを特徴とする容積形ガス圧縮機。
【請求項７】
請求項１に記載の容積形ガス圧縮機において、
前記駆動側スクリューロータのスクリュー歯の表面、および、前記従動側スクリューロータの扁平なスクリュー歯の表面には、それぞれ、固体潤滑剤がコーティングされていることを特徴とする容積形ガス圧縮機。
【請求項８】
請求項１に記載の容積形ガス圧縮機において、
前記駆動側スクリューロータおよび前記従動側スクリューロータは自己潤滑性を有する材料から形成されていることを特徴とする容積形ガス圧縮機。
【請求項９】
請求項１に記載の容積形ガス圧縮機において、
前記駆動側スクリューロータの前記第２軸端部の側に同軸状態に配置されたモータを有し、
このモータのモータシャフトに、前記駆動側スクリューロータが同軸状態に連結固定されていることを特徴とする容積形ガス圧縮機。
【請求項１０】
両軸モータと、
この両軸モータを挟み、同軸状態に取り付けた前段圧縮機アセンブリおよび後段圧縮機アセンブリと、
前記前段圧縮機アセンブリによって得られた圧縮ガスを前記後段圧縮機アセンブリの吸引側に供給するための圧縮ガス供給路とを有し、
前記前段圧縮機アセンブリおよび前記後段圧縮機アセンブリは、それぞれ、請求項１ないし９のうちのいずれかの項に記載の容積形ガス圧縮機であることを特徴とする二段ガス圧縮装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の二段ガス圧縮装置において、
前記両軸モータのモータケースは、前記前段圧縮機アセンブリを取り付けるための前段側フランジを備えた前段側ケースと、前記後段圧縮機アセンブリを取り付けるための後段側フランジを備えた後段側ケースとに分割されており、
これら前段側フランジおよび後段側フランジの間に、複数本のテンションボルトが張架して、前記前段側ケースおよび前記後段側ケースが同軸状態に締結固定されていることを特徴とする二段ガス圧縮装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の二段ガス圧縮装置において、
前記圧縮ガス供給路には圧縮ガス冷却器が取り付けられていることを特徴とする二段ガス圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空冷式のオイルフリースクリューガス圧縮機として用いるのに適した容積形ガス圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積形ガス圧縮機としては、エネルギーの削減、地球環境改善の観点、および、空気の品質を重要視する観点から、油や水を使用しない空冷・回転式のオイルフリー圧縮機が望まれている。【０００３】
しかしながら、小型のガス圧縮機の分野、すなわち、概ね１．５kW以下の機械においては、空冷式および回転式で、シンプルな構造のオイルフリーガス圧縮機が未だ提案されていない。【０００４】
例えば、米国特許第３，１３３，６９５号の明細書には、回転式および給油式の容積形ガス圧縮機が提案されている。ここに開示のガス圧縮機は、スクリューロータと二組のピニオンギヤが相互に噛み合い、吸引したガスを圧縮する機構である。ロータ間のギャップのガス漏れシール、軸受の潤滑、断熱圧縮による発生熱の冷却を目的として、潤滑油や潤滑水を使用することが基本となっている。【０００５】
このため、ここに開示されている容積形ガス圧縮機を、潤滑油や潤滑水を使わないオイルフリーガス圧縮機として用いることができない。すなわち、オイルフリーガス圧縮機として用いた場合には、断熱圧縮による発生熱を除去することができず、スクリューロータの溝とピニオン間の最適ギャップの維持、および、ケーシングとスクリューロータ間のギャップの維持ができず、さらには、軸受の潤滑もできない。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、小型で、空冷式および回転式のオイルフリーガス圧縮機として用いるのに適した容積形ガス圧縮機を提案することにある。
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の容積形ガス圧縮機は、
駆動側スクリューロータと、
この駆動側スクリューロータの両側に直交する状態に配置され、当該駆動側スクリューロータのスクリュー歯に対して微小ギャップを維持しながら噛み合っている扁平なスクリュー歯を備えた二組の従動側スクリューロータとを有し、
前記駆動側スクリューロータをその中心軸線を含む平面で切断した場合における当該駆動側スクリューロータの輪郭形状は、そのガス吸込側の第１軸端面からガス吐出側の第２軸端面に向けて外径が漸増するように、凹曲線によって規定されており、
当該凹曲線は、前記駆動側ロータの前記中心軸線から当該凹曲線上の点までの距離と、各従動側ロータの中心から当該点までの距離とが同一、あるいは、一定の比率を保持する曲線であることを特徴としている。この曲線の代わりに、当該曲線を近似する近似円弧を採用することも可能である。
【０００８】
ここで、前記従動側ロータの中心から前記凹曲線上の点までの距離ｌに対して、各駆動側ロータの前記中心軸線から当該凹曲線上の点までの距離が１．０ｌ〜１．５ｌの範囲内の一定の値に保持されることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の容積形ガス圧縮機では、前記駆動側スクリューロータのスクリュー溝における前進面は、その進み角が前記従動側スクリューロータの回転角の進みに拘らず一定となるように形成され、前記駆動側スクリューロータのスクリュー溝における後進面は、その進み角が前記従動側スクリューロータの回転角の進みに応じて創成される進み角となるように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
この代わりに、前記駆動側スクリューロータのスクリュー溝における前進面および後進面を、それぞれの進み角が前記従動側スクリューロータの回転角の進みに応じて創成される進み角度となるように形成することもできる。さらには、前記駆動側スクリューロータのスクリュー溝における後進面を、その進み角が前記従動側スクリューロータの回転角の進みに拘らず一定となるように形成し、前記駆動側スクリューロータのスクリュー溝における前進面を、その進み角が前記従動側スクリューロータの回転角の進みに応じて創成される進み角となるように形成することもできる。
【００１１】
本発明では、駆動側スクリューロータの外形形状を、上記凹曲線によって規定される砂時計状に形成してある。また、駆動側スクリューロータのスクリュー溝の前進面および後進面の少なくとも一方の進み角を二組の従動側スクリューロータの回転角の進みに応じて創成される進み角となるように形成してある。
【００１２】
このように形成したスクリュー溝と、これに噛み合う扁平な従動側スクリューロータのスクリュー歯とによって、回転に応じて容積が減少する圧縮室が構成される。また、駆動側スクリューロータと偏平な従動側スクリューロータ間のギャップ、駆動側スクリューロータとロータケーシング間のギャップ、および、ロータケーシングと偏平な従動側スクリューロータ間のギャップが、それぞれ一定に維持されながら、双方のロータが回転する。
【００１３】
駆動側スクリューロータの外形形状が砂時計形であるので、双方のロータの間において、噛み合う歯数が多く取れる。よって、二組の従動側スクリューロータを小さな力で効率良く駆動できる。さらに、駆動側スクリューロータと二組の従動側スクリューロータの間における、従動側スクリューロータの厚さ方向の噛み合い軌跡は、逐次に従動側スクリューロータの回転角に応じて変化するので、これによっても、二組の偏平な従動側スクリューロータを駆動する力が小さくて済む。
【００１４】
さらに、駆動側スクリューロータのスクリュー溝の前進面側の進み角度を溝の深さに拘らず一定角度となるようにした場合には、均一な駆動力を伝達できると共に、ロータ間のガス漏れを防止できる。
【００１５】
次に、本発明の容積形ガス圧縮機においては、前記駆動側スクリューロータの前記第２軸端部には、その円周方向に一定の間隔で配置した冷却ファンが形成されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明の駆動側スクリューロータは砂時計形をしているので、ガスの吸込側から吐出側に向かって外径が大きくなる。換言すると、ガスの断熱圧縮熱による温度上昇に応じて駆動側スクリューロータの外径が大きくなる。したがって、断熱圧縮熱の伝熱する面積がガスの吐出側に向かって広くなっているので、熱の放出に適している。また、ガス吐出側の軸端部には冷却ファンが形成されているので、断熱圧縮熱を効率良く放出できる。
【００１７】
次に、本発明の容積形ガス圧縮機においては、前記駆動側スクリューロータおよび前記従動側スクリューロータが内蔵されているロータケーシングを有し、当該ロータケーシングにおける二組の前記従動側スクリューロータの外周側の部位に、ガス吸込口が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
二組の偏平な従動側スクリューロータはガスの断熱圧縮熱を直接受けて温度が上昇する。本発明では、二組の偏平な従動側スクリューロータの外周側に沿った位置にガス吸込口が設けられており、ロータケーシング内に吸い込まれたガスは、二組の偏平な従動側スクリューロータそれぞれの外周側から、これらの間の位置している駆動側スクリューロータの吸込側のスクリュー溝に吸引される。よって、外部から吸い込まれたガスによって、二組の偏平な従動側スクリューロータが効率良く冷却される。
【００１９】
ここで、前記駆動側スクリューロータのスクリュー歯の表面および前記従動側スクリューロータの扁平なスクリュー歯の表面には、それぞれ、固体潤滑剤がコーティングされていることが望ましい。また、スクリュー歯の母材として、自己潤滑性を有する材料を用いることが望ましい。
【００２０】
また、一般的には、前記駆動側スクリューロータの前記第２軸端部の側に同軸状態にモータを配置し、このモータのモータシャフトに、前記駆動側スクリューロータを同軸状態に連結固定した構成を採用することができる。
【００２１】
次に、本発明の容積形ガス圧縮機は多段式とすることができ、本発明による典型的な二段ガス圧縮装置は、
両軸モータと、
この両軸モータを挟み、同軸状態に取り付けた前段圧縮機アセンブリおよび後段圧縮機アセンブリと、
前記前段圧縮機アセンブリによって得られた圧縮ガスを前記後段圧縮機アセンブリの吸引側に供給するための圧縮ガス供給路とを有し、
前記前段圧縮機アセンブリおよび前記後段圧縮機アセンブリは、それぞれ、上記構成の容積形ガス圧縮機であることを特徴としている。
【００２２】
ガスを高圧まで圧縮するためには、二段ガス圧縮装置が性能上優れている。本発明によれば、両軸モータを採用して、当該両軸モータの両側に容積形ガス圧縮機を配置しているので、部品点数が少なくシンプルな構造の二段ガス圧縮装置を実現できる。
【００２３】
ここで、モータシャフトの熱膨張による寸法変化が、両側の容積形ガス圧縮機におけるスクリューロータ間のギャップの変動を引き起こすおそれがある。かかる弊害を防止するためには、両軸モータのモータケーシングを二つ割にして、左右のケーシングを複数本のテンションボルトで固定することが望ましい。
【００２４】
また、前記圧縮ガス供給路に圧縮ガス冷却器を取り付け、前段圧縮機アセンブリで圧縮されたガスを冷却した後に後段圧縮機アセンブリに送り込むことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用した二段ガス圧縮装置の一例を示す外観斜視図である。
【図２】図１における前段ガス圧縮機アセンブリの内部構造を示す斜視図である。
【図３】図１の前段ガス圧縮機アセンブリの縦断面図である。
【図４】図１の前段ガス圧縮機アセンブリを図３とは直交する平面で切断した場合の縦断面図である。
【図５】図１の前段ガス圧縮機アセンブリの横断面図である。
【図６】図１の前段ガス圧縮機アセンブリの駆動側スクリューロータと二組の従動側スクリューロータを示す部分拡大斜視図である。
【図７】図１の駆動側スクリューロータと従動側スクリューロータのプロファイルの創成方法を示す説明図である。
【図８】駆動側スクリューロータおよび従動側スクリューロータの別の例を示す斜視図である。
【図９】図８の駆動側スクリューロータおよび従動側スクリューロータを示す斜視図である。
【図１０】本発明を適用した一段の容積形ガス圧縮機の一例を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、図面を参照して本発明を適用した二段ガス圧縮装置の実施の形態を説明する。【００２７】
（全体構成）
図１は本発明を適用した二段ガス圧縮装置を示す外観斜視図である。二段ガス圧縮装置１は、両軸モータ２と、この両軸モータ２の両側に同軸状態に連結されている前段ガス圧縮機アセンブリ３および後段ガス圧縮機アセンブリ４と、前段ガス圧縮機アセンブリ３で圧縮された後のガスを後段ガス圧縮機アセンブリ４に供給するための吐出配管５と、この吐出配管５を通過する圧縮ガスを冷却するための中間冷却機６とを有している。前段ガス圧縮機アセンブリ３および後段ガス圧縮機アセンブリ４は、空冷式容積形オイルフリースクリューガス圧縮機である。【００２８】
両軸モータ２のモータケース２０は、その中心軸線の方向において二つ割りされた前段側モータケース２１および後段側モータケース２２から構成されている。前段側モータケース２１は、その端部に前段ガス圧縮機アセンブリ３が取り付けられている前段側フランジ２３を備えており、後段側モータケース２２もその端部に後段ガス圧縮機アセンブリ４が取り付けられている後段側フランジ２４を備えている。これら前段側および後段側フランジ２３、２４は、これらの間に架け渡されている複数本、本例では４本のテンションボルト２５によって同軸状態に締結固定されている。【００２９】
前段ガス圧縮機アセンブリ３は両軸モータ２の中心軸線の方向に対して直交する方向に延びる筒状のロータケーシング３０を備えており、このロータケーシング３０の両端面にはフィルタ付きのガス吸込口３１、３２が形成されている。また、ロータケーシング３０の上面部分には圧縮ガスの吐出口３３が形成されており、ここに、吐出配管５の上流端が接続されている。【００３０】
後段ガス圧縮機アセンブリ４もロータケーシング３０に対称な形状のロータケーシング４０を備えている。このロータケーシング４０の上面部分には、ガス吸込口４１および圧縮ガス吐出口４２が形成されている。ガス吸込口４１には、吐出配管５の下流端が接続されている。圧縮ガス吐出口４２から吐出された圧縮ガスは不図示の供給路を通って、予め定めた供給先、例えば、圧縮ガスを動力源として使用する機器に供給される。【００３１】
図２は前段ガス圧縮機アセンブリ３の内部構造を示す斜視図である。図３はその縦断面図であり、図４は図３の断面とは直交する面で切断した場合の縦断面図であり、図５はその横断面図である。前段ガス圧縮機アセンブリ３と後段ガス圧縮機アセンブリ４は同一構造であるので、以下においては前段ガス圧縮機アセンブリ３のみを説明し、後段ガス圧縮機アセンブリ４の説明は省略する。【００３２】
前段ガス圧縮機アセンブリ３は、駆動側スクリューロータ１１と、二組の偏平な従動側スクリューロータ１２、１３を備えている。駆動側スクリューロータ１１のロータ軸１４は両軸モータ２のモータシャフト２６に同軸状態に連結固定されており、その先端部は軸受１５を介してロータケーシング３０の側に回転自在の状態で支持されている。各従動側スクリューロータ１２、１３のロータ軸１６、１７は、それらの上下の軸端部がそれぞれ軸受け１８ａ、１８ｂおよび１９ａ、１９ｂを介して、ロータケーシング３０の側に回転自在の状態で支持されている。【００３３】
駆動側スクリューロータ１１の外形形状は砂時計状である。また、駆動側スクリューロータの外周面に形成されている複数条のスクリュー歯１１１の間の形成されているスクリュー溝１１２の進み角を二組の偏平な従動側スクリューロータ１２、１３の回転角の進みに応じて一定になるように構成してある。ここで、スクリュー溝１１２の前進面側の進み角度は溝の深さに関わらず一定角度となるようにし、スクリュー溝１１２の後進面側の進み角度は二組の偏平な従動側スクリューロータ１２、１３の回転角の進みに応じて創成される進み角度となるように形成してある。【００３４】
かかるプロファイルとなるように形成された駆動側スクリューロータ１１のスクリュー溝１１２と各従動側スクリューロータ１２、１３の偏平なスクリュー歯１２１、１３１の表面とによって、これらのロータの噛み合い部分に、それぞれ、圧縮室が構成される。これらの圧縮室は双方のロータの回転に伴って容積が圧縮される。また、駆動側スクリューロータ１１と従動側スクリューロータ１２、１３との間のギャップ、駆動側スクリューロータ１１とロータケーシング３０との間のギャップ、および、ロータケーシング３０と従動側スクリューロータ１２、１３との間のギャップがそれぞれ一定に保持されながら、各ロータ１１〜１３が回転する。【００３５】
次に、駆動側スクリューロータ１１は砂時計形をしているので、ガスの吸入側から吐出側に向かって外径が漸増している。換言すると、ガスの断熱圧縮熱による温度上昇に応じて駆動側スクリューロータ１１の外径が大きくなっている。このことは、断熱圧縮熱を伝熱する面積がガスの吐出し側に向かって広くなり、熱の放出に適している。【００３６】
また、駆動側スクリューロータ１１の吐出側の軸端面１１４には、その外周縁側の部位に沿って一定の角度間隔で円周方向に複数枚の冷却フィン１１５が形成されている。この冷却フィン１１５にはサクションコーン１１６が同軸状に取り付けられている。冷却フィン１１５およびサクションコーン１１６は、多孔質の円筒状ハウジング１１７によって覆われている。【００３７】
駆動側スクリューロータ１１が回転すると、冷却フィン１１５は、円筒状ハウジング１１７におけるサクションコーン１１６よりも両軸モータ２側の開口を介して外気を吸引する。吸引された空気により駆動側スクリューロータ１１が冷却される。駆動側スクリューロータ１１を冷却した後の空気は、円筒ハウジング１１７におけるサクションコーン１１６よりも駆動側スクリュータロータ１１の側の開口を介して外部に排出される。この結果、圧縮機の吐出温度を一定に保つことができ、駆動側スクリューロータ１１、各従動側スクリューロータ１２、１３、ロータケーシング３０の温度を、一定温度以下に保つことができる。【００３８】
一方、二組の従動側スクリューロータ１２、１３はガスの断熱圧縮熱を直接受け温度上昇する。しかしながら、ガス吸込口３１、３２が、各従動側スクリューロータ１２、１３の外周側に形成されており、これらのガス吸込口３１、３２から吸い込まれた空気が中央の駆動側スクリューロータ１１に吸引される間に、吸込空気によって従動側スクリューロータ１２、１３が冷却される。【００３９】
ここで、駆動側スクリューロータ１１のスクリュー歯の表面および従動側スクリューロータ１２、１３の扁平なスクリュー歯の表面には、それぞれ、固体潤滑剤がコーティングされている。また、各ロータ１１〜１３のスクリュー歯の母材として、自己潤滑性を有する材料を用いることが望ましい。【００４０】
（ロータのプロファイル創成とシールライン）
図６はロータ１１〜１３を取り出して示す拡大部分斜視図であり、図７はロータの噛み合い状態とロータのプロファイルの創成方法を示す説明図である。これらの図を参照して、駆動側スクリューロータ１１と従動側スクリューロータ１２、１３の噛み合い状態、および、それらのプロファイルの創成について説明する。【００４１】
図７において、曲線ａは駆動側スクリューロータ１１の外形を規定している曲線であり、曲線ｂは偏平な従動側スクリューロータ１２、１３の歯先円である。平面Ｐは、駆動側スクリューロータ１１の中心軸線１１ａを含み、従動側スクリューロータ１２、１３の中心軸線１２ａ、１３ａに直交する平面である。駆動側スクリューロータ１１の外形を規定している曲線ａは、当該曲線ａ上の点が次の関係を満たすように設定された凹曲線である。
ｌ×cosθ＋ｎ×ｌ＝Ｌ
但し、
θ：二組の偏平な従動側スクリューロータ１２、１３の回転角
ｌ：θ回転したときの外周曲線ａ上の点ｐ１までの各従動側スクリューロータ１２、１３の中心からの距離
ｎ：定数（１．０から１．５までの間の値が好ましい）
Ｌ：各従動側スクリューロータ１２、１３の中心１２ｂ、１３ｂから駆動側スクリューロータ１１の中心軸線１１ａ、１２ａまでの距離【００４２】
曲線ａをこのような関係にすると、曲線ａにおける駆動側スクリューロータ１１の進み角は次式で表され、その進み角γ１は曲線ａ上において常に一定に保つことができる。
γ１＝tan-1{(２πｎlθZ2／360Z1)／(２πlθ／360)}＝tan-1(ｎ×Z2／Z1)
但し、
Z1：駆動側スクリューロータ１１の歯数
Z2：各従動側スクリューロータ１２、１３の歯数【００４３】
一方、各従動側スクリューロータ１２、１３の歯先円ｂ（駆動側スクリューロータ１１のスクリュー溝１１２の歯底円）に関しては、次式が成り立つ。
Ｒ×cosθ＋(Ｌ−Ｒ×cosθ)＝Ｌ
但し、
Ｒ：各従動側スクリューロータ１２、１３の外径【００４４】
ここで、曲線ｂ上における駆動側スクリューロータ１１の進み角は次式で表され、その進み角γ２は下記式で表され、θの変化に応じて変化する。
γ２＝tan-1{(２πｎ(Ｌ−Ｒcosθ)θZ2／360Z1)／(２πＲθ／360)}
＝tan-1（Ｌ−Ｒcosθ)Z2／ＲZ1【００４５】
両曲線ａ、ｂの交点Ｚでは、曲線ａと曲線ｂの関係の中で、「Ｒ×cosθ＋ｎ×Ｒ＝Ｌ」の関係があるので、進み角γ１、γ２は同一の値となる。
γ１＝γ２＝tan-1(Ｒ×cosθ＋ｎ×Ｒ−Ｒcosθ)Z2／ＲZ1
＝tan-1(ｎ×Z2／Z1)【００４６】
すなわち、駆動側スクリューロータ１１のスクリュー溝１１２の前進面プロファイルＡ１は、偏平な従動側のスクリュー歯１２１（１３１）における進み角一定の直線部分Ｂ１によってプロファイルが創成されている。これに対して、スクリュー溝１１２の後進面プロファイルＡ２は、スクリュー歯１２１（１３１）における円弧上の線Ｂ４によってプロファイルが創成されている。すなわち、図７（ｃ）において、点ａ１、ａ２は曲線ａ上の点であり、点ｂ１、ｂ２は曲線ｂ上の点とした場合に、前進面側については、ａ１〜ｂ１の角度の中で一定値を選定し、進み角γが一定値でプロファイルを創成している。後進面側については、進み角はａ２〜ｂ２の範囲内で変動し、それに応じた形状のプロファイルを創成している。【００４７】
ここで、駆動側スクリューロータ１１と、二組の従動側スクリューロータ１２、１３の間のシールラインは次の部位によって規定される。図７（ｂ）を参照して説明すると、前進面においては直線部分Ｂ１、Ｂ２によって規定され、後進面においては円弧の点で創成される曲線Ｂ３と、円弧状の外表面上の線Ｂ４によって規定され、溝底面においては凸曲面上または平面上の線Ｂ５によって規定され、ロータケーシング内周面と従動側スクリューロータ１２、１３の間においては直線部分Ｂ６によって規定される。【００４８】
また、駆動側スクリューロータ１１と、従動側スクリューロータ１２、１３の間の駆動接触部は、直線部分Ｂ１、Ｂ２である。回転角θの変化に伴って、直線部分Ｂ１における接触部長さと、直線部分Ｂ２の接触位置が変化し、駆動面圧は噛み合っている偏平なスクリュー歯１２１によって分担される。【００４９】
したがって、例えば、後段ガス圧縮機アセンブリ４０側の二組の偏平な従動側スクリューロータに関しては、圧縮するガスの圧力が前段側よりも高くなるので、その角度を偏平な従動側スクリューロータの歯厚が厚くなるように設定してプロファイルを創成することにより、駆動接触面の接触線を長く取れるように設定することができる。このようにすると、ロータ面圧を小さくすることができるという効果が得られる。【００５０】
また、駆動側スクリューロータ１１の外形形状が砂時計状であるので、ロータ１１、１２間、および、ロータ１１、１３間で噛み合う歯数が多くなり、従動側スクリューロータ１２、１３を駆動する力（面圧）をより小さな値に設定できる。【００５１】
さらには、駆動側スクリューロータ１１と、二組の従動側スクリューロータ１２、１３との間における、従動側スクリューロータ１２、１３の厚さ方向の噛み合い軌跡は、従動側スクリューロータ１２、１３の回転角に応じて変化する。よって、軸線方向に外形が同一の円筒形のスクリューロータなどに比べて、従動側スクリューロータ１２、１３を駆動する力（面圧）を小さくできる。【００５２】
（その他の実施の形態）
上記の例では、駆動側スクリューロータ１１のスクリュー溝１１２の前進面側の進み角を一定とし、その後進面側の進み角を従動側スクリューロータ１２、１３の回転角の進みに応じて創成される進み角となるようにしている。この代わりに、前進面側および後進面側の双方の進み角を従動側スクリューロータ１２、１３の回転角の進みに応じて創成される進み角となるように、スクリュー溝１１２を形成することも可能である。【００５３】
図８および図９に示す駆動側スクリューロータ１１Ａは、後進面側を規定している円弧により前進面側のプロファイルが創成されている。偏平な従動側スクリューロータ１２Ａ、１３Ａは、ａ＜ｂの関係となる寸法により、前進面プロファイルを創成し、駆動側スクリューロータ１１Ａとの間で最適なシールラインを構成している。また、ロータケーシング３０Ａは、駆動側スクリューロータ１１Ａと相補的な砂時計形状の内周面部分を備えている。このロータケーシング３０Ａと、偏平な従動側スクリューロータ１２Ａ、１３Ａとの間のシールライン部には最適ギャップが保持されるようになっている。この構成の駆動側スクリューロータ１１Ａ、従動側スクリューロータ１２Ａ、１３Ａを備えている場合においても、上記の例の場合と同様な作用効果を得ることができる。【００５４】
次に、上記の例は本発明を適用した二段ガス圧縮装置に関するものである。一方のガス圧縮機アセンブリを省略して一段の容積形ガス圧縮機とすることもできる。例えば、図１０に示すように、一段圧縮機１３０とモータ１５０のみから空冷式容積形オイルフリースクリューガス圧縮機１００を構成してもよい。【００５５】
また、容積形ガス圧縮機は、真空ポンプとして用いることができ、吸入ガスの圧力が大気圧よりも高いガスを吸入するブースタ圧縮機として用いることもできる。さらに、上記の例ではオイルフリースクリューガス圧縮機に限って説明しているが、断熱圧縮熱の冷却、ロータ間ギャップのシール、潤滑などを目的とした、油や水を活用したガス圧縮機にも用いることができる。
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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