(57)【要約】スクリュロータの歯間の干渉がなく、シール性が良好で、加工が比較的容易であると共に、発生するブローホールを可及的に小さなものとすることができるスクリュロータを提供する。一対のスクリュロータのそれぞれの軸直角断面形状が、歯先面曲線１３’の両端Ａ，Ｂと、二の歯側面曲線１８’，１９’間に形成された角部１４，１５の一方１４を、軸直角断面形状において前記角部１４の突出方向に向かって曲率半径を漸減する形状と成すと共に、該角部１４から歯底面曲線１７’に至る歯側面曲線１８’の形状を、他方のスクリュロータに形成された前記角部１４が創成する曲線とする。
2004001229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のスクリュロータをねじれ方向を逆にして噛合させて回転し、流体を吸入しかつ吐出するスクリュ機械に使用されるスクリュロータにおいて、
前記一対のスクリュロータのそれぞれの軸直角断面における歯形は、スクリュロータの回転軸芯を中心とする所定径の円弧から成り歯先面の輪郭を成す歯先面曲線と、前記歯先面曲線と同心で前記歯先面曲線よりも小径の円弧から成り歯底面の輪郭を成す歯底面曲線と、前記歯先面曲線と歯底面曲線との間に形成された歯側面の輪郭を成す二の歯側面曲線とを備え、
前記歯先面曲線の両端と、前記二の歯側面曲線との間に形成された角部の一方を、前記歯先面曲線の一端と前記歯側面曲線の一端間を連結する曲線により形成し、
前記歯先面曲線の一端と前記歯側面曲線の一端間を連結する前記曲線を、前記歯先面曲線の一端から前記角部の突出方向に向かって曲率半径を漸減する曲線と成すと共に、該角部から前記歯底面曲線に至る前記歯側面曲線を、他方のスクリュロータに形成された前記角部の一方が創成する曲線としたことを特徴とするスクリュロータ。
【請求項２】
一対のスクリュロータをねじれ方向を逆にして噛合させて回転し、流体を吸入しかつ吐出するスクリュ機械に使用されるスクリュロータにおいて、
前記一対のスクリュロータのそれぞれの軸直角断面における歯形は、スクリュロータの回転軸芯を中心とする所定径の円弧から成り歯先面の輪郭を成す歯先面曲線と、前記歯先面曲線と同心で前記歯先面曲線よりも小径の円弧から成り歯底面の輪郭を成す歯底面曲線と、前記歯先面曲線と前記歯底面曲線との間に形成された歯側面の輪郭を成す二の歯側面曲線とを備え、
前記歯先面曲線の両端と、前記二の歯側面曲線との間に形成された角部の一方から前記歯底面曲線に至る前記歯側面曲線を、他方のスクリュロータに形成された前記角部の一方が創成する曲線と成すと共に、
前記スクリュロータの少なくとも一方は、前記歯先面曲線を前記スクリュロータの回転軸芯を中心として９０〜１８０°の範囲に形成したことを特徴とするスクリュロータ。
【請求項３】
一対のスクリュロータをねじれ方向を逆にして噛合させて回転し、流体を吸入しかつ吐出するスクリュ機械に使用されるスクリュロータにおいて、
前記一対のスクリュロータのそれぞれの軸直角断面における歯形は、スクリュロータの回転軸芯を中心とする所定径の円弧から成り歯先面の輪郭を成す歯先面曲線と、前記歯先面曲線と同心で前記歯先面曲線よりも小径の円弧から成り歯底面の輪郭を成す歯底面曲線と、前記歯先面曲線と前記歯底面曲線との間に形成された歯側面の輪郭を成す二の歯側面曲線とを備え、
前記歯先面曲線の両端と、前記二の歯側面曲線との間に形成された角部の一方を、前記歯先面曲線の一端と前記歯側面曲線の一端間を連結する曲線により形成し、
前記歯先面曲線の一端と前記歯側面曲線の一端間を連結する前記曲線を、前記歯先面曲線の一端から前記角部の突出方向に向かって曲率半径を漸減する曲線と成すと共に、該角部から前記歯底面曲線に至る前記歯側面曲線を、他方のスクリュロータに形成された前記角部の一方が創成する曲線とし、かつ、
前記スクリュロータの少なくとも一方が、前記歯先面曲線を前記スクリュロータの回転軸芯を中心として９０〜１８０°の範囲に形成したことを特徴とするスクリュロータ。
【請求項４】
前記角部の一方の軸直角断面形状が、二次曲線により構成されて成ることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のスクリュロータ。
【請求項５】
前記角部の一方の軸直角断面形状が、楕円の一部により形成されて成ることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のスクリュロータ。
【請求項６】
前記角部の一方の軸直角断面形状が、該角部の突出方向に向かって曲率半径を漸減する二次曲線上の複数の点を連結することにより形成された、前記二次曲線に近似した曲線である請求項１〜３いずれか１項記載のスクリュロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、スクリュ圧縮機や真空ポンプその他のスクリュポンプなどのスクリュ流体機械に用いるスクリュロータに関し、より詳細には該スクリュロータの歯形に関する。
技術背景
近年、スクリュ圧縮機や真空ポンプの性能を向上させるため、スクリュロータの歯形についても多くの研究・開発がなされており、スクリュロータの歯形も複雑な曲線を組み合わせたものなど多種にわたっている。
このようなスクリュロータの歯形は、図１０（Ａ）に示すようにスクリュロータの軸線方向の断面における歯形を方形状とし、平坦な形状を成す歯先面１３及び歯底面１７が形成されていると共に、歯先面１３の軸線方向の両角部１４，１５から歯底面の両端部２４，２５に至る歯側面１８，１９が、軸線に対して直交するように形成されたスクリュロータ１０として、実開昭６３−１４８８４号公報に示されている。
前述のように、断面方形状の歯形を成す実開昭６３−１４８８４号公報に示すスクリュロータ１０においては、歯先が面（歯先面１３）として形成されているために、シリンダ内面とこの歯先面１３との間で行われるシールは面シールとなり密閉性が高く、その結果、一の作用空間において圧縮された流体が、シリンダの内壁とスクリュロータ１０の歯先面との隙間から低圧側に位置する他の作用空間に漏出することを好適に防止でき、圧縮効率を向上させることができる。
その一方で、このように形成されたスクリュロータ１０にあっては、図１０（Ｂ）に示すようにスクリュロータの軸直角断面における歯形を、歯先面１３の輪郭を成す歯先面曲線１３’と、歯底面１７の輪郭を成す歯底面曲線１７’と、前記歯先面曲線と前記歯底面曲線との間を連結し歯側面１８の輪郭を成す歯側面線１８’とを備え、前記歯側面線１８’をスクリュロータの外周方向に延びる直線状に形成すると共に、前記歯先面曲線１３’と前記歯側面線１８’との間に形成された角部１４を略直角状に形成している。
このような歯形を有する二つのスクリュロータ１０ａ，１０ｂが同期回転すると、２つのスクリュロータ１０ａ，１０ｂの歯が噛み合う際に角部１４が他方のスクリュロータに形成された歯側線１８’に干渉する。そのため、スクリュロータの角部１４を切り欠いて、このような干渉を防止することが行われている〔図１０（Ｃ）参照〕。
しかし、両スクリュロータ１０ａ，１０ｂが例えば図１０（Ｂ）に示す噛み合い状態にあるときに、図１０（Ｂ）中に破線で示すようにこの角部１４が切り欠かれた状態にあると、作用空間のシール性が低下し、スクリュロータ１０ａ，１０ｂの噛み合いにより本来それぞれ独立した室である作用空間Ａと作用空間Ｂとがこの切欠のために連通して圧縮された流体が低圧側に位置する作用空間に漏出する。そのため、この種のスクリュロータにあっては圧縮効率が低下するという問題を有する。
このような問題を解消するために、歯の干渉を防止しつつより良好なシール性を発揮するスクリュロータとして、特公昭６４−８１９３号公報に開示されているスクリュロータがある（図１１参照）。
このスクリュロータにあっては、図１１（Ｂ）に示すようにスクリュロータの軸直角断面における歯側面曲線１８’の形状を、当該スクリュロータと噛合する他方のスクリュロータの歯先面曲線１３’と歯側面曲線１８’とを連結した角部１４の一点の画くトロコイド曲線により形成し、略完全なシールを図ることができるよう構成されている。
確かに特公昭６４−８１９３号公報に示すスクリュロータにあっては、理論上略完全なシールを図ることができるが、この構成のスクリュロータにおいて完全なシール性を確保しようとすれば、角部１４は鋭利なエッジ状に形成されている必要がある。
しかし、角部１４を鋭利なエッジ形状に加工することは現実的には困難であり、例えばこのようなスクリュロータを切削加工により製造すると、角部１４に多量のバリが生じ、このバリを除去するために角部の面取り等を行うと、この面取りによりバリと共に角部１４のエッジ形状が削り取られるために、前述の切欠を設ける場合と同様に作用空間のシール性が低下する。
また、角部１４を鋭利な形状すると、この角部１４が噛合う他方のスクリュロータに形成する歯底面１７の端部２４を鋭利な形状を有する工具で加工しなければならず、この工具の鋭利な形状の部分は欠け易く、僅かな欠けや摩耗によっても正確にロータの切削が行えないものとなり交換や研ぎ直し等が頻繁に必要となる。
なお、特許第２９０４７１９号公報には、スクリュロータの軸直角断面における角部を円弧としつつシール性の向上を図ったスクリュロータが開示されている。
このスクリュロータは、二つのスクリュロータの角部１４，１４を円弧により形成し、この円弧を成す角部１４は当該スクリュロータと噛合する他方のスクリュロータの歯側面を成す歯側面曲線を創成している。
このように形成されたスクリュロータにあっては、両ロータ間に干渉が生じず、また、作用空間のシール性も向上する。
しかし、角部１４を前述のように円弧としていることから、シリンダ内壁の稜線３３部分に位置して両ロータの角部が対峙すると比較的大きなブローホールが形成され（図１２参照）、このブローホールを介して隣接する各作用空間が連通することから、圧縮した流体が低圧側に位置する作用空間に漏出し圧縮効率が低下するという問題点を有している。
なお、このような圧縮流体の漏れは、歯先面１３と歯側面１８との間に形成された角部１４においてのみ生じるものではなく、歯先面１３とシリンダ内壁３１間の隙間においても生じるものとなっている。
歯先面１３とシリンダ内壁３１間にはスクリュロータを回転させる為に最低限必要な隙間が設けられており、スクリュ流体機械の運転中であっても歯先面１３とシリンダ内壁３１とが接触しないようにスクリュロータの熱膨張量を考慮してシリンダの内径を設定している。しかしながら、スクリュロータの歯先面１３は回転軸芯に対して一様な熱膨張量ではなく、最も熱膨張量の大きい箇所に基づいてシリンダの内径を設定していることから、最も熱膨張量の大きい箇所以外の部分において歯先面１３とシリンダ内壁３１との隙間が大きく、この部分の隙間を介して流体の漏れが生じやすく、この部分において生じる漏れをも好適に防止し得る構造のスクリュロータを提供することができれば、真空ポンプ等のスクリュ流体機械の作業効率をより一層向上させることが可能となる。
そこで、本発明の目的は上記従来技術における欠点を解消するためになされたもので、両スクリュロータの歯間の干渉がなく、シール性が良好で、加工が比較的容易であると共に、発生するブローホールを実用上無視し得る程小さなものとすることができる歯形のスクリュロータを提供することを目的とする。
【発明の開示】
上記目的を達成するために本発明のスクリュロータは、一対のスクリュロータ１０ａ，１０ｂをねじれ方向を逆にして噛合させて回転し、流体を吸入しかつ吐出するスクリュ機械に使用されるスクリュロータにおいて、
前記一対のスクリュロータ１０（１０ａ，１０ｂ）のそれぞれの軸直角断面における歯形は、スクリュロータ１０（１０ａ，１０ｂ）の回転軸芯Ｏを中心とする所定径（ｒ１）の円弧から成り歯先面１３の輪郭を成す歯先面曲線１３’と、前記歯先面曲線１３’と同心で前記歯先面曲線１３’よりも小径（ｒ２）の円弧から成り歯底面１７の輪郭を成す歯底面曲線１７’と、前記歯先面曲線１３’と歯底面曲線１７’との間に形成された歯側面１８，１９の輪郭を成す二の歯側面曲線１８’，１９’とを備え、
前記歯先面曲線１３’の両端と、前記二の歯側面曲線１８’，１９’との間に形成された角部１４，１５の一方１４を、前記歯先面曲線１３’の一端Ａと前記歯側面曲線１８’の一端Ｇ間を連結する曲線Ａ−Ｇにより形成し、
前記歯先面曲線１３’の一端Ａと前記歯側面曲線１８’の一端Ｇ間を連結する前記曲線Ａ−Ｇを、前記歯先面曲線１３’の一端Ａから前記角部１４の突出方向に向かって曲率半径を漸減する形状を成すと共に、該角部１４から前記歯底面曲線１７’に至る前記歯側面曲線１８’を、他方のスクリュロータに形成された前記角部１４，１５の一方１４が創成する曲線としたことを特徴とする（請求項１：図６参照）。
また、本発明の別のスクリュロータ１０（１０ａ，１０ｂ）にあっては、前述の角部１４の構成に代え、又は前述の角部１４の構成と共に、少なくとも一方、好ましくは双方のスクリュロータ１０（１０ａ，１０ｂ）の前記歯先面曲線１３’を前記スクリュロータ１０（１０ａ，１０ｂ）の回転軸芯を中心として９０〜１８０°の範囲に形成したことを特徴とする（請求項２及び請求項３）。
前記角部１４，１５の一方１４の軸直角断面形状は、楕円、放物線、双曲線である二次曲線により構成することができ（請求項４）、楕円の場合にはその一部により前記角部１４を形成しても良い（請求項５）。
さらに、前記角部１４，１５の一方１４の軸直角断面形状は、該角部１４の突出方向に向かって曲率半径を漸減する二次曲線上の複数の点を連結することにより形成された、前記二次曲線に近似した曲線により形成することもできる（請求項６）。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明のスクリュロータを備えた真空ポンプの断面平面図。
図２は、図１の正面断面図。
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
図４は、スクリュロータの要部断面正面図。
図５は、スクリュロータの軸直角断面図。
図６は、スクリュロータの角部の拡大図。
図７は、歯先面の軸線方向横断幅と歯先面曲線の形成長さの関係を示す説明図。
図８は、本発明のスクリュロータの加工方法を示す概略説明図。
図９は、本発明のスクリュロータの加工方法を示す概略説明図。
図１０は、従来のスクリュロータを示し、（Ａ）は軸線方向断面図、（Ｂ）は、角部の干渉状態を示す軸直角方向断面図、（Ｃ）は干渉を防止するための切欠が設けられた状態を示す軸直角方向断面図。
図１１は、従来の別のスクリュロータを示し、（Ａ）は軸線方向断面図、（Ｂ）は軸直交方向断面における角部の拡大図。
図１２は、従来のスクリュロータにおいて形成されるブローホールの説明図。
【発明を実施するための最良の形態】  つぎに、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら以下説明する。なお、以下に示す実施形態にあっては、本発明のスクリュロータ１０を真空ポンプ１に使用した例を示しているが、本発明のスクリュロータ１０は真空ポンプ１用のスクリュロータとしてのみではなく、スクリュ圧縮機やその他のスクリュポンプなど、スクリュ流体機械全般に適用可能である。
〔真空ポンプの全体構成〕
図１において、１は本発明のスクリュロータ１０（１０ａ，１０ｂ）を備えた真空ポンプの一構成例であり、この真空ポンプ１は、ケーシング３０内に前述のスクリュロータ１０（１０ａ，１０ｂ）を二本、回転可能に収容している。
このケーシング３０の内部には、二本のスクリュロータ１０ａ，１０ｂを噛み合い状態で収容するシリシダ３１が形成されていると共に、各スクリュロータ１０ａ，１０ｂのロータ軸１１が軸受３２により回転可能に支承されている。
スクリュロータ１０ａ，１０ｂのうち、駆動側ロータ１０ａのロータ軸１１には、モータやエンジン、その他の駆動源（本実施形態にあってはモータ４０）の出力軸４１が直接、又は増速機、その他の動力伝達手段を介して連結されている。
本実施形態にあってはモータ４０の出力軸４１がこの駆動側ロータ１０ａのロータ軸１１と直接連結されており、モータ４０の回転に伴って駆動側ロータ１０ａが回転すると共に、この駆動側ロータ１０ａの回転によりこれに噛合する被動側ロータ１０ｂが回転するよう構成されている。
この駆動側ロータ１０ａと被動側ロータ１０ｂとの同期した回転は、各スクリュロータ１０ａ，１０ｂのロータ軸１１に設けられたタイミングギヤ１２の噛合により行われ、両スクリュロータ１０ａ，１０ｂが微少間隔を以て噛合するよう構成されている。
前述のシリンダ３１が形成されたケーシング３０の外壁には、スクリュロータ１０ａ，１０ｂの一端側に位置して流体を導入するための導入口４２と、他端側に位置して流体を吐出する吐出口４３がそれぞれ前記シリンダ３１内の空間に連通して形成されており、前記駆動側スクリュロータ１０ａを回転すると、前記タイミングギヤ１２の噛合により被動側スクリュロータ１０ｂが反対方向に回転し、スクリュロータ１０ａ，１０ｂの噛合により形成された作用空間内に流体が前述の導入口４２を介して導入され、この導入された流体がスクリュロータ１０ａ，１０ｂ間に形成された作用空間内をスクリュロータ１０ａ，１０ｂの他端側に向かって搬送される際に体積収縮されて圧縮された後、前述の吐出口４３より吐出される。
スクリュロータ１０（１０ａ，１０ｂ）を収納するシリンダ３１は、図３に示すように二本のスクリュロータ１０ａ，１０ｂを噛み合い状態で収容することができるよう、断面略８の字形状を成し、駆動側ロータ１０ａを収容する室を成す内壁と、被動側ロータ１０ｂを収容する室を成す内壁との境界位置において稜線３３が形成されている。
なお、図１〜図３に示す実施形態にあっては、同一の歯形を有する２本のスクリュロータをねじれ方向を逆にして噛み合わせた状態でシリンダ内に収容したものを図示しているが、このスクリュロータ１０（１０ａ，１０ｂ）の歯形形状は各スクリュロータ１０ａ，１０ｂにおいて異なるものであってもよく、噛合した状態において回転可能なものであればその形状は図示の例に限定されない。
また、同様に図示の例では、各スクリュロータ１０ａ，１０ｂには１条のスクリュのみが形成されている例を示しているが、各スクリュロータ１０ａ，１０ｂは２条以上のスクリュが形成された多条ロータや、各スクリュロータ１０ａ，１０ｂの条数を異ならせても良い。
〔スクリュロータ〕
以上のように構成された真空ポンプ１に使用される本発明のスクリュロータ１０は、図４に示すようにスパイラル状のスクリュ歯形がリード角αで形成されている。
本発明のスクリュロータは、図４に示すようにその軸線方向の断面において歯側面１８，１９の一方１８は、スクリュロータの軸線Ｘに対して直交方向を成す線Ｙに対して図４中左側に僅かに陥没する湾曲形状に形成されており、従って歯先面１３と歯側面１８との連結位置にあたる角部１４，１５の一方１４はスクリュロータ１０の軸線方向における断面において僅かに鋭角を成し、この鋭角を成す角部１４に続く歯側面１８は歯底面１７から外周方向に向かってオーバーハング状に傾斜している。
また、他方の角部１５は、スクリュロータ１０の軸線方向の断面において僅かに鈍角を成し、この角部１５に続く歯側面１９は、歯底面１７に向かって傾斜する傾斜面を形成している。
このように形成されたスクリュロータ１０の軸直角断面における歯形は、図５に示すようにスクリュロータの軸芯Ｏを中心とした半径ｒ１の円弧から成る歯先面曲線１３’、スクリュロータの軸芯Ｏを中心とし、歯先面曲線の円弧よりも小径の半径ｒ２の円弧から成る歯底面曲線１７’と、この二つの曲線との間に形成する歯側面曲線１８’，１９’により略その形状が画成されている。
歯先面曲線１３’の両端と歯側面曲線１８’，１９’との間に形成された前述の角部１４，１５のうち、鋭角的に形成された角部１４は、図６において実線で示すように歯先面曲線１３’の一端Ａから、歯側面曲線１８’の一端Ｇを繋ぐ曲線Ａ−Ｇにより形成されている。
この角部１４の軸直角断面形状を成す曲線Ａ−Ｇは、歯先面曲線１３’の端部Ａから角部１４の突出方向に向かって曲率半径を漸減する形状、例えばこの条件を満たす二次曲線により形成されており、本実施形態にあっては、この曲線中、もっとも曲率半径が小さく形成された頂部Ｆ’を長軸の一端をとする楕円の一部から成る曲線Ａ−Ｇにより角部１４の断面形状としている。
なお、この曲線Ａ−Ｇから成る角部１４の形状は、前述の楕円に限定されるものでなく、歯先面曲線１３’の一端Ａから角部１４の突出方向に向かって曲率半径を漸減する形状の曲線と成るものであれば如何なる形状であっても良い。前述の例では、二次曲線、具体的には楕円の一部としているが、この角部１４の形状は、歯先面曲線１３’の端部Ａから角部１４の突出方向に向かって曲率半径を漸減する形状であれば必ずしも二次曲線のように頂部Ｆ’を中心として対称の形状を成すものである必要はない。また、前述の二次曲線の例では楕円の他、例えば放物線、双曲線等として得られた曲線又はその一部により構成しても良い。
また、角部１４を成す曲線は、正確に楕円、その他の二次曲線を画いたものである必要はなく、この二次曲線上の任意の点を複数取り、この点間を滑らかに連結する曲線により繋いで連続させた、二次曲線に近似した曲線として形成する等、その形状は実施形態のものに限定されない。
このように角部１４を歯先面曲線１３’の端部Ａから角部１４の突出方向に向かって曲率半径を漸減する曲線、特にこのような二次曲線により形成することにより、スクリュロータ１０の熱膨張に際しても角部１４がシリンダ３１の内壁に接触し難いものとなり、その結果歯先面１３とシリンダ３１内壁間の隙間δｔを可及的に狭くすることが可能となる。
また、角部１４の軸直角断面形状を円弧状とする従来のスクリュロータ１０と比較した場合において、形成されるブローホールを可及的に小さなものとすることができる。
この点につき、前述のような角部１４を突出方向に向かって曲率半径を漸減する軸直角断面形状にすることにより歯先面１３とシリンダ３１内壁間の隙間を狭くすることができる点について図５及び図６を参照して説明すれば、この種のスクリュロータ１０にあっては、運転時に発生する流体の圧縮熱によりスクリュロータが熱膨張することを考慮して、スクリュロータ１０の歯先面１３とシリンダ３１の内壁間にはこの熱膨張によるスクリュロータ１０の熱膨張量を考慮した隙間δｔが設けられている（図６参照）。
しかし、この歯先面１３とシリンダ３１内壁間に設けられた隙間δｔは、この隙間δｔを広く取る程歯先面１３とシリンダ３１内壁間におけるシール性が低下することから、この隙間δｔは可及的に狭いものとすることが好ましい。
ところで、真空ポンプの運転時には作用空間内の流体が圧縮作用により発熱し、スクリュロータにより画成される作用空間の表面が前記流体により加熱され、スクリュロータが熱膨張する。このときスクリュロータの中で最も熱膨張量の大きい箇所は作用空間に面していて回転軸芯から最も遠くに位置する角部１４であるが、この角部１４を成す曲線Ａ−Ｇは、この角部の突出方向に向かって曲率半径を漸減する形状を成すために、歯先面曲線１３’の一端Ａから先端方向に向かうに従い徐々にシリンダ３１内壁から離間する形状になっている。ゆえに、これにより最も熱膨張による影響を受けやすい角部１４においては、隙間δｔに加えて隙間δｔ’が存在している。
そのため、この隙間δｔ’において角部１４における外周方向への熱膨張量の増加分を補償し得るものとすれば、歯先面１３とシリンダ３１内壁間の隙間δｔは、歯先面曲線１３’の一端Ａにおける変形量を最大値として考慮すれば良いものとなり、その結果、歯先面１３とシリンダ３１の内壁間の隙間δｔは、可及的に狭めることができる。
これに対して、従来技術において紹介したように、角部１４の軸直角断面形状を円弧とする場合において、本願スクリュロータ１０の角部１４における突出長さと同程度の突出長さを確保しようとすれば、図６中破線で示すように歯先面曲線１３’の端部は、より角部１４の先端側の位置であるＡ’迄延長する必要がある。そして、歯先面１３とシリンダ３１内壁間に形成すべき隙間δｔは、このＡ’における外周方向への熱膨張量を考慮して決定する必要がある。
しかし、角部１４の突出方向先端側にある端部Ａ’は、曲線Ａ−Ｇよりも外周方向に位置していて前述の点Ａに比較して作用空間に近く、作用空間の熱影響を受けやすいことから熱膨張量の大なる部分で、この端部Ａ’における変形量を基準として決定された隙間δｔは必然的に広くなる。このことから、シリンダ３１の内径も大きくなって、端部Ａ‘以外の歯先面１３とシリンダ３１内壁との隙間が大きくなって、この隙間を介して流体の漏れが生じやすい。
その一方で、本願のスクリュロータ１０と同様に、歯先面曲線１３’の端部を図６中の点Ａとし、この点Ａにおいて歯先面曲線１３’と接し、かつ、歯側面曲線１８’と接する円弧（図６中の一点鎖線）により角部１４を形成すると、角部１４の切欠は極めて大きくなり、噛合するスクリュロータ１０ａ，１０ｂの角部１４，１４間に形成されるブローホールが大きくなる結果、実用に耐え得ないスクリュロータとなる。
このように、本発明のスクリュロータ１０にあっては、歯先面１３とシリンダ３１内壁間の隙間δｔを可及的に狭くすることができることにより、該部分におけるシール性の向上が図られているが、歯先面１３とシリンダ３１内壁間におけるシール性を向上させるためには、好適には前述の構成に代えて、又は前述の構成と共に、歯先面曲線１３’をスクリュロータ１０の回転軸芯を中心として全外周（３６０°）に対して９０〜１８０°となる歯形とする。
最外周を半径ｒ１とするスクリュロータ１０に形成された歯形の歯先面１３を平面上に展開した状態を想定すると、この歯先面１３は、リード角αで傾斜する斜辺を有する直角三角形Δの斜辺と、この斜辺に平行な直線間に形成された帯状部分で表すことができる。
ここで、前述の帯状部分を円筒に巻き付けた際、前記直角三角形の斜辺により形成されるつる巻き線のリードをＲとすると、このリードＲは、
Ｒ＝２πｒ１ｔａｎα
となる。
そして、ロータの軸直角断面において９０°から１８０°の範囲であらわれる歯先面曲線１３’の長さは、
２πｒ１／４≦歯先面曲線の長さ≦２πｒ１／２
の範囲となり、スクリュロータ１０の軸線方向における歯先面１３の横断幅Ｒ’は、
πｒ１ｔａｎα／２≦Ｒ’≦πｒ１ｔａｎα
すなわち、歯先面１３の軸線方向の横断幅Ｒ’はリードＲの１／４から１／２の長さとなる。
このように、ロータの軸直角断面において、歯先面１３を成す歯先面曲線が９０°から１８０°の範囲であらわれる形状の歯形とすることにより、歯先面１３の幅をリード長に対して一定幅確保することかでき、歯先面１３とシリンダ内壁間におけるシール性が向上する。
すなわち、軸直角断面においてあらわれる歯先面曲線１３’が、スクリュロータ１０の回転軸芯を中心として全周（３６０°）に対して９０°以下となる場合には、歯先面１３のロータ軸線方向における横断幅Ｒ’がリードＲの１／４以下の長さとなり、歯先面１３の幅が狭く、歯先面１３とシリンダ内壁面間における十分なシール性を発揮することができないものとなるが、前述のように歯先面曲線１３’を９０°〜１８０°の範囲で形成することにより、この部分におけるシール性を向上させることができると共に、前述の角部１４の形状と組み合わせる場合には、歯先面１３とシリンダ３１内壁間の隙間δｔを可及的に狭くすることができることと相俟って該スクリュロータ１０を使用したスクリュ流体機械の作業効率は飛躍的に向上する。
図６において、曲線Ａ−Ｇと歯底面曲線１７’とを結ぶ歯側面曲線１８’（図６中の曲線Ｇ−Ｈ）は、軸直角方向断面における歯側面１８の輪郭を示しており、この歯側面曲線１８’は、両ロータを同期回転させた際に、当該スクリュロータに噛合する前述の形状に形成された他方のスクリュロータの角部１４を成す曲線Ａ−Ｇが創成する曲線に形成されている。
このように歯側面曲線１８’を、回転するスクリュロータの角部１４を構成する曲線Ａ−Ｇが創成する曲線としたことにより、一方のスクリュロータの角部１４と、他方のスクリュロータの歯側面１８間において作用空間がシールされているとき、一方のスクリュロータの角部１４を成す曲線Ａ−Ｇのいずれかの位置と、他方のロータの歯側面曲線１８’のいずれかの位置間において作用空間がシールされるために、シール性が良好である。
〔製造方法〕
以上のスクリュロータは、一例として図８及び図９に示すように回転するカッタにより切削加工される。この切削加工において、カッタ回転軸３の軸芯４は、所定のねじれ角を有する歯溝の形成方向、すなわち歯形のリード角αに対応してワークの回転軸芯７に対して角度α傾斜されており、このカッタ回転軸３にシングルカッタをスペーサ２と共に取り付けている。
シングルカッタのカッタ回転中心Ｏｃは、カッタ回転軸３に長さＬのスペーサ２を設けているため、スペーサ２を設けることなく取り付けた場合のカッタ回転中心Ｏｃ’に対して図中右方向にＬだけオフセットしている。従って、カッタの回転中心の移動方向の延長線は、ワークの回転軸芯７の下方に所定距離ずれた位置を通過するよう設定されている。
このように、回転中心Ｏｃがオフセットされたカッタによるスクリュロータの製造方法について説明すると、まず、カッタ回転軸３に沿って右方向にオフセットしたシングルカッタを切り込み量に応じた分、ワーク６の回転軸芯７に対して直交方向にワーク６側に移動する。その後、シングルカッタをカッタ回転軸３により回転させる。そのときワーク６は、ワーク軸９の回転軸芯７上であってシングルカッタよりも左側の加工開始位置で待機している。
次に、ワーク６をその回転軸芯７を中心として回転させながら回転軸芯に沿って図中左側から右側へ移動させる。
ワークが加工終了位置まできたら、シングルカッタをワークから一旦離し、ワークをワーク軸９に沿って加工開始位置まで左側に戻す。
次にまた、シングルカッタをワーク６の回転軸芯に対して直交方向に切り込み量に応じた分ワーク側に送り、その後シングルカッタをカッタ回転軸により回転させる。
次に、ワーク６をその回転軸芯７を中心として回転させながら前記回転軸芯７に沿って図中左側から右側へ移動させる。
ワーク６が加工終了位置まできたら、シングルカッタをワーク６から一旦離し、ワーク６をワーク軸９に沿って加工開始位置まで左側に戻す。
以上の動作を所望の歯形が得られるまで繰り返し行うことで、スクリュ歯形の歯溝を加工している。
このように、回転中心Ｏｃをオフセットしたカッタを使用することにより、シングルカッタを切り込み量に応じてワーク側に移動させていっても、カッタの回転中心の移動方向の延長線上にワークの回転軸芯が配置されていないので、歯側面１８，１９が傾斜しているスクリュロータの歯溝をカッタの回転軸芯を水平方向に傾斜させることなく加工することができる。もっとも、本発明のスクリュロータ１０は前述の方法による加工に限定されず、カッタの回転軸芯を水平方向に傾斜させた既知の加工装置により製造しても良い。
なお、スクリュロータは所定のリード角αを有することから、前述のカッタの角部１４を切削する部分を、所定径の円弧状に形成すれば、軸直角方向の断面においてスクリュロータ１０の角部１４の形状を角部１４の突出方向に向かって曲率半径を漸減する楕円形状とすることが容易にできる。
また、角部を切削する部分の形状を円弧とする切削刃は、製造や研ぎ直し作業が比較的容易であると共に、円弧状に形成された切削工具は、鋭角的に形成された切削工具に比較して欠けや摩耗が生じ難く長寿命となり、比較的長期に亘り正確にロータの切削を行うことができる。さらに、角部切削する部分の形状を円弧とする切削刃は、角部に切削によるバリが発生しないことから、バリを除去する作業が不要となり、バリ取り作業によって角部が削り取られ作用空間のシール性が低下することがない。
以上説明した本発明の構成により、本発明の歯形形状を備えたスクリュロータにあっては、スクリュロータ間の完全なシール線を得ることができ、また、ブローホールを可及的に小さなものとすることができた。その結果、シール性の向上されたスクリュロータを提供することができた。
また、歯先面とシリンダ内壁間の隙間を可及的に狭くすることができると共に、軸直角断面に現れる歯先面曲線を、スクリュロータの全周に対して９０°〜１８０°とすることにより、歯先面とシリンダ内壁間におけるシール性を向上させることができた。
また、このようなシール性を向上させる角部の形状は、切削工具の該当個所を円弧状にすることにより極めて容易に形成することができると共に、切削工具の該部分を鋭利な形状とする場合に比較して寿命をも延ばすことができ、切削工具が切れなくなったり、加工精度が確保できなくなり工具交換をするまでに多数のスクリュロータの加工ができ、工具交換の作業が少なくなる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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