(57)【要約】  一対のスクリューロータを備えるスクリュー真空ポンプにて、螺旋歯の軸直角断面形状を構成する曲線の一つがエピトロコイド曲線で創成されていると、両スクリューロータの螺旋歯相互の隙間が、回転中心側では広く、その外周側に向かうに従い狭くなる。  第１曲線は、両螺旋歯２２ａ，２２ｂの歯面間の隙間をゼロとした場合に、対をなす他方のスクリューロータの第２円弧上の点で創成されるエピトロコイド曲線の径方向における座標（Ｘｔ，Ｙｔ）を、当該座標と次式（数１）で算出される補正角（α）とに基づいて補正し、補正後の各座標（Ｘ＝Ｘｔｃｏｓα−Ｙｔｓｉｎα，Ｙ＝Ｘｔｓｉｎα＋Ｙｔｃｏｓα）を結んで描くものとする。【数１】2016110902.tif 000009
2016110902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじれ方向が逆方向で等ピッチの螺旋歯を夫々有する一対のスクリューロータを備え、これら一対のスクリューロータを非接触で互いに噛み合わせた状態でケーシングに格納し、両スクリューロータの同期回転によりケーシングの一端より吸気して他端より吐出するスクリュー真空ポンプであって、
螺旋歯の軸直角断面形状が、その歯底部を構成する、スクリューロータの回転中心を中心とする第１円弧と、その歯先部を構成する、スクリューロータの回転中心を中心とする第２円弧と、第１円弧と第２円弧とを夫々結ぶ第１曲線と第２曲線とで創成されるものにおいて、
スクリューロータの軸直角断面にて互いに直交する径方向の二軸方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、
第１曲線は、両螺旋歯の歯面間の隙間をゼロとした場合の対をなす他方のスクリューロータの第２円弧上の点で創成されるエピトロコイド曲線の径方向における座標（Ｘｔ＝２Ａｃｏｓθ−ｒｄｃｏｓ（２θ），Ｙｔ＝２Ａｓｉｎθ−ｒｄｓｉｎ（２θ）、Ａは両スクリューロータの回転中心間の距離の半分、ｒｄは第２円弧の半径、θは回転角）を、当該座標と次式（数１）で算出される補正角（α）とに基づいて補正し、補正後の各座標（Ｘ＝Ｘｔｃｏｓα−Ｙｔｓｉｎα，Ｙ＝Ｘｔｓｉｎα＋Ｙｔｃｏｓα）を結んで描くものとしたことを特徴とするスクリュー真空ポンプ。
【数１】
2016110902.tif 000008
（但し、Ｐが、螺旋歯のピッチ、Ｒが、スクリューロータの回転軸の中心からの径方向距離、ＤＧが、螺旋歯の歯面間の半分の距離。）
【請求項２】
前記第２曲線は、外サイクロイド曲線とインボリュート曲線とを組み合わせて形成されることを特徴とする請求項１記載のスクリュー真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじれ方向が逆方向で等ピッチの螺旋歯を夫々有する一対のスクリューロータを備え、これら一対のスクリューロータを非接触で互いに噛み合わせた状態でケーシングに格納し、両スクリューロータの同期回転によりケーシングの一端より吸気して他端より吐出するスクリュー真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のスクリュー真空ポンプは例えば特許文献１で知られている。この従来例のものでは、螺旋歯の軸直角断面形状が、その歯底部を構成する、スクリューロータの回転中心を中心とする第１円弧と、その歯先部を構成する、スクリューロータの回転中心を中心とする第２円弧と、第１円弧と第２円弧とを夫々結ぶ第１曲線と第２曲線とで創成されている。そして、第１曲線が、対をなす他方のスクリューロータの第２円弧上の点で創成されるエピトロコイド曲線で創成され、第２曲線が所定の曲線で構成される仮想的なラックにより創成されている。【０００３】
この種のスクリュー真空ポンプは、ケーシングの吸気口から吸気した気体をスクリューロータとケーシングとの間に閉じ込めて圧縮しながら移送し、ケーシングの吐出口から吐出する。このとき、螺旋歯相互が確実に干渉しないように両螺旋歯の歯面間の隙間を大きくすると、この隙間を通って逆流する気体の逆流量が増加し、ポンプ能力の低下を招来してしまう。このため、スクリュー真空ポンプの使用環境に応じた熱膨張や加工精度等を考慮しつつ、一対のスクリューロータを非接触で互いに噛み合わるときの両螺旋歯の歯面間の隙間をその径方向全長に亘って同等でかつ可及的に小さくなる（例えば、０．０５ｍｍ）ように設計する必要がある。【０００４】
ここで、上記従来例のように、第１円弧と第２円弧とを結ぶ第１曲線がエピトロコイド曲線で創成されていると、両スクリューロータの螺旋歯相互の隙間が、回転中心側では広く、その外周側に向かうに従い狭くなることが判明した。これは、スクリューロータの回転中心から径方向の任意の距離（Ｒ）における螺旋歯のピッチ角（θｐ）が異なることに起因していると考えられる。そこで、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ね、スクリューロータの回転中心からの距離（Ｒ）におけるピッチ角（θｐ）に応じて補正角（α）を算出し、これを基にエピトロコイド曲線の座標を補正すれば、両螺旋歯の歯面間の隙間をその径方向全長に亘って同等にできることを知見するのに至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１８９４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、一対のスクリューロータを非接触で互いに噛み合わるときの両螺旋歯の歯面間の隙間が同等であるスクリュー真空ポンプを提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、ねじれ方向が逆方向で等ピッチの螺旋歯を夫々有する一対のスクリューロータを備え、これら一対のスクリューロータを非接触で互いに噛み合わせた状態でケーシングに格納し、両スクリューロータの同期回転によりケーシングの一端より吸気して他端より吐出する本発明のスクリュー真空ポンプは、螺旋歯の軸直角断面形状が、その歯底部を構成する、スクリューロータの回転中心を中心とする第１円弧と、その歯先部を構成する、スクリューロータの回転中心を中心とする第２円弧と、第１円弧と第２円弧とを夫々結ぶ第１曲線と第２曲線とで創成され、スクリューロータの軸直角断面にて互いに直交する径方向の二軸方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、第１曲線は、両螺旋歯の歯面間の隙間をゼロとした場合の対をなす他方のスクリューロータの第２円弧上の点で創成されるエピトロコイド曲線の径方向における座標（Ｘｔ＝２Ａｃｏｓθ−ｒｄｃｏｓ（２θ），Ｙｔ＝２Ａｓｉｎθ−ｒｄｓｉｎ（２θ）、Ａは両スクリューロータの回転中心間の距離の半分、ｒｄは第２円弧の半径、θは回転角）を、当該座標と次式（数１）で算出される補正角（α）とに基づいて補正し、補正後の各座標（Ｘ＝Ｘｔｃｏｓα−Ｙｔｓｉｎα，Ｙ＝Ｘｔｓｉｎα＋Ｙｔｃｏｓα）を結んで描くものとしたことを特徴とする。
【数１】
2016110902.tif 000003
（但し、Ｐが、螺旋歯のピッチ、Ｒが、スクリューロータの回転軸の中心からの径方向距離、ＤＧが、螺旋歯の歯面間の半分の距離。）【０００８】
本発明によれば、スクリューロータの回転中心からの距離（Ｒ）におけるピッチ角（θｐ）に応じて補正角（α）を算出し、エピトロコイド曲線の座標を補正するため、一対のスクリューロータを非接触で互いに噛み合わるときの両螺旋歯の歯面間の隙間をその径方向全体に亘って同等でかつ可及的に小さくできる。【０００９】
本発明においては、前記第２曲線は、外サイクロイド曲線とインボリュート曲線とを組み合わせて形成されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態のスクリュー真空ポンプの構成を説明する断面図。
【図２】（ａ）は、螺旋歯の軸断面形状を示す図、（ｂ）は、螺旋歯の軸直角断面形状を示す図、（ｃ）は、両螺旋歯を非接触で噛み合わせた状態で示す軸直角断面図。
【図３】（ａ）は、一方のスクリューロータを、当該スクリューロータの螺旋歯となる内径で切断した図、（ｂ）は、一方のスクリューロータを、他方のスクリューロータの螺旋歯となる内径で切断した図。
【図４】一対のスクリューロータの螺旋歯相互の隙間が変化する理由を説明するグラフ。
【図５】第１曲線の座標の補正を説明するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照して、ＳＰは、本発明の実施形態のスクリュー真空ポンプである。スクリュー真空ポンプＳＰは、円筒状のケーシング１を備え、ケーシング１の一側（図１中、上側）には、真空引きしようとする設備（真空チャンバ等）からの接続管（図示せず）が接続自在な吸気口１１が設けられている。ケーシング１の他側（図１中、下側）には、ケーシング１内の気体を外部に吐出する吐出口１２が設けられている。そして、ケーシング１内の作動空間１ａには、一対のスクリューロータ２１，２２が、回転軸２１ａ，２１ｂに一体に形成されたその螺旋歯２２ａ，２２ｂを非接触で互いに噛み合わせた状態で格納されている。以下においては、図１に示す姿勢を基準とし、一対のスクリューロータ２１，２２の回転軸２１ａ，２１ｂがのびる方向を上下方向、これに直交する方向を左右方向とし、方向を示す用語を用いるものとする。
【００１２】
ケーシング１の上面開口及び下面開口は、その内部の作動空間１ａを気密保持する吸気側カバー１３ａと吐出側カバー１３ｂとで閉塞されている。吸気側カバー１３ａと吐出側カバー１３ｂとには、軸受３ａ，３ｂが夫々組み付けられ、左右一対のスクリューロータ２１，２２の回転軸２１ａ，２１ｂの上端部及び下端部が夫々支承されるようにしている。また、回転軸２１ａ，２１ｂの下端部は、吐出側カバー１３ｂの下方まで延出され、互いに噛合う同一形態のギア４ａ，４ｂが夫々外挿されている。更に、右スクリューロータ２１の回転軸２１ａの下端にはカップリング５ａが設けられ、駆動モータ６の駆動軸６１に設けたカップリング５ｂに連結されて駆動モータ６の動力が回転軸２１ａに導入されるようにしている。これにより、両スクリューロータ２１，２２が同期して互いに逆方向に回転し、ケーシング１の吸気口１１から吸気された気体がスクリューロータ２１，２２とケーシング１との間に閉じ込めながら移送され、螺旋歯２２ａ，２２ｂの終端部分で圧縮されて吐出口１２から吐出される。
【００１３】
スクリューロータ２１，２２の各螺旋歯２２ａ,２２ｂは、これら螺旋歯２２ａ,２２ｂ相互間の距離（上下方向高さ）、即ち、ピッチＰ（またはリード）が同等でそのねじれ方向が逆方向になるように夫々形成されている。各螺旋歯２２ａ，２２ｂの歯形の軸断面形状及び軸直角断面形状は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、その歯底部（図２（ｂ）中、Ｔａ−Ｔｂ間）を構成する、回転軸２１ａ,２１ｂの回転中心ｔｃを中心とする、第１円弧ｔ１と、その歯先部（図２（ｂ）中、Ｔｃ−Ｔｄ間）を構成する、スクリューロータ２１，２２の回転中心を中心ｔｃとする第２円弧ｔ２と、第１円弧ｔ１と第２円弧ｔ２とを夫々結ぶ第１曲線ｔ３（図２（ｂ）中、Ｔｂ−Ｔｃ間）と第２曲線ｔ４（図２（ｂ）中、Ｔｄ−Ｔａ間）とで創成されている。第２曲線ｔ４は、例えば外サイクロイド曲線とインボリュート曲線とを組み合わせて形成される。
【００１４】
ここで、一方のスクリューロータ２１の各螺旋歯２２ａを構成する第１曲線ｔ３が、他方のスクリューロータ２２の第２円弧ｔ２上の点で創成されるエピトロコイド曲線で創成されていると、螺旋歯２２ａ,２２ｂ相互の隙間が、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転軸２１ａ，２１ｂの回転中心ｔｃ側では広く、その外周側に向かうに従い狭くなることが判明した。これは、回転中心ｔｃから径方向の任意の距離（Ｒ）における螺旋歯２２ａ,２２ｂのピッチ角（θｐ）が異なること、即ち、図４に示すように、任意の距離（Ｒ）を半径とする円の円弧の長さ（周長）を例えばＡ，Ｂ，Ｃとし、これらとピッチ高さとを結んだときのなす角度θｐ１，θｐ２，θｐ３が異なることに起因していると考えられる。このため、角度毎に螺旋歯２２ａ,２２ｂ相互の隙間が一定になるようにする補正が必要である。
【００１５】
本実施形態では、第１曲線ｔ３を、両螺旋歯２２ａ,２２ｂの歯面間の隙間をゼロとした場合の他方のスクリューロータ２２の第２円弧ｔ２上の点で創成されるエピトロコイド曲線の径方向における座標（Ｘｔ＝２Ａｃｏｓθ−ｒｄｃｏｓ（２θ），Ｙｔ＝２Ａｓｉｎθ−ｒｄｓｉｎ（２θ）、Ａは両スクリューロータ２１，２２の回転中心ｔｃ間の距離の半分、ｒｄは、第２円弧ｔ２の半径、θは回転角）を、当該座標と次式（数１）で算出される補正角（α）とに基づいて補正し、補正後の各座標（Ｘ＝Ｘｔｃｏｓα−Ｙｔｓｉｎα，Ｙ＝Ｘｔｓｉｎα＋Ｙｔｃｏｓα）を結んで描くものとした。
【数１】
2016110902.tif 000004
【００１６】
即ち、図５を参照して、第１曲線ｔ３を上記エピトロコイド曲線とした場合、図５中に点線で示すような曲線を描く（Ｘｔ＝２Ａｃｏｓθ−ｒｄｃｏｓ（２θ），Ｙｔ＝２Ａｓｉｎθ−ｒｄｓｉｎ（２θ）。そして、このときのピッチ角（θｐ）は、スクリューロータ２１，２２の回転中心ｔｃからの距離（Ｒ）を考慮すると、次式（数２）で表すことができる。
【数２】
2016110902.tif 000005
【００１７】
次に、両螺旋歯２２ａ,２２ｂの歯面間の隙間がゼロとなる位置からの移動させるべき距離をｉｊとした場合、ｉｊは次式（数３）で表すことができ、次式（数４）のように変形することができる。この場合、Ｐが、螺旋歯２２ａ，２２ｂのピッチ、Ｒが、回転軸２１ａ，２１ｂの中心からの径方向距離、ＤＧが、螺旋歯２２ａ，２２ｂの歯面間の半分の距離とする。
【数３】
2016110902.tif 000006
【数４】
2016110902.tif 000007
【００１８】
上記各式（数２）〜式（数４）から、補正角（α）が上記式（数１）のように表すことができ、これを図５中に示すと、一点鎖線で示す線となる。なお、図５は、スクリューロータ２１，２２の回転中心を（Ｘ，Ｙ）＝０，０としたときの座標系を示し、図２（ｂ）に示すものを１８０°回転させた状態に対応するものである。
【００１９】
以上のように補正角（α）を定め、両螺旋歯２２ａ,２２ｂの歯面間の隙間をゼロとした場合のエピトロコイド曲線の座標（Ｘｔ，Ｙｔ）を補正角（α）に基づいて補正すると、第１曲線ｔ３は、図５中、実線で示す座標（Ｘ＝Ｘｔｃｏｓα−Ｙｔｓｉｎα，Ｙ＝Ｘｔｓｉｎα＋Ｙｔｃｏｓα）を結ぶものとなる。以上の実施形態によれば、スクリューロータ２１，２２の回転中心ｔｃからの距離（Ｒ）におけるピッチ角（θｐ）に応じて補正角（α）を算出し、エピトロコイド曲線の座標を補正したため、一対のスクリューロータ２１，２２を非接触で互いに噛み合わるときの両螺旋歯２２ａ,２２ｂの歯面間の隙間をその径方向全体に亘って同等でかつ可及的に小さくできる。
【００２０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、第２曲線ｔ４を外サイクロイド曲線とインボリュート曲線とを組み合わせて形成されるものを例にしたが、これに限定されるものではなく、例えば、サインカーブ、サイクロイド曲線、クロソイド曲線であってもよい。また、スクリューロータ２１，２２の条数は１ではなくとも２条以上であってもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１…ケーシング、２１，２２…スクリューロータ、２１ａ，２１ｂ…回転軸、２２ａ，２２ｂ…螺旋歯、ｔ１…第１円弧、ｔ２…第２の円弧、ｔ３…第１曲線、ｔ４…第２曲線。
【図１】
2016110902.tif 000010
【図２】
2016110902.tif 000011
【図３】
2016110902.tif 000012
【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2016110902.tif 000015
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2016110902.tif 000017
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