(57)【要約】【課題】  本発明は、真空ポンプや圧縮ポンプ等とし用いた場合に局部的な異常温度上昇のないスクリュー流体機械を提供せんとするものである。また、そのようなスクリュー流体機械の当該スクリュー等に適したねじ歯車を提供せんとする。【解決手段】  本発明にかかるスクリュー流体機械は、互いに噛み合う雄ロータ及び雌ロータと、両ロータを収納するケーシングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成される流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に連通しうるようケーシングに設けられた流体の流入口および流出口とを備えたスクリュー流体機械において、前記雄雌ロータを構成するねじ歯車のねじれ角が、当該ねじれの進行に伴って連続的に変化している。  また本発明にかかるねじ歯車は、ねじ歯車のピッチ円筒径上での歯すじ転がり曲線の展開図においてねじれ進行方向に対するピッチ円筒の転がり周長が実質的に単調増加関数で表される。【選択図】  図９
2005195027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互に噛み合う雄ロータ及び雌ロ−タと、両ロータを収納するケーシングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成される流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に連通しうるようケーシングに設けられた流体の流入口および流出口とを備えたスクリュー流体機械において、
前記雄雌ロータを構成するねじ歯車のねじれ角が、当該ねじれの進行に伴って連続的に変化していることを特徴とするスクリュー流体機械。
【請求項２】
前記雄雌ロータとケーシングとにより形成される流体作動室は吸入、連続圧縮移送、吐出作用を有することを特徴とする請求項１に記載のスクリュー流体機械。
【請求項３】
前記雄雌ロータを構成するねじ歯車は、その歯車のピッチ円筒径上での歯すじ転がり曲線の展開図においてねじれ進行方向に対するピッチ円筒の転がり周長が実質的に単調増加関数で表されることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー流体機械。
【請求項４】
前記各ねじ歯車は、そのねじ山の回転軸方向ピッチは変化するが、そのねじ山の軸直角ピッチは変化しない歯車であることを特徴とする請求項３に記載のスクリュー流体機械。
【請求項５】
ねじ歯車のピッチ円筒径上での歯すじ転がり曲線の展開図においてねじれ進行方向に対するピッチ円筒の転がり周長が実質的に単調増加関数で表されることを特徴とするねじ歯車。
【請求項６】
互に噛み合う雄ロータ及び雌ロータと、両ロータを収納するケーシングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成される流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に連通しうるようケーシングに設けられた流体の流入口および流出口とを備えたスクリュー流体機械において、
前記雄雌ロータにはねじ歯車部及びその各ねじ歯車部の少なくともいずれか一端部にルーツ部が形成されていることを特徴とするスクリュー流体機械。
【請求項７】
前記雄雌ロータには、流入口側から流出口側に向かって、ルーツ部、ねじ歯車部、ルーツ部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のスクリュー流体機械。
【請求項８】
互に噛み合う雄ねじロータ及び雌ねじロータと、両ロータを収納するケーシングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成される流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に連通しうるようケーシングに設けられた流体の流入口および流出口とを備えたスクリュー流体機械において、
前記雄ロータ及び雌ロータを駆動するためにそれぞれのロータに設けられたモータと、前記夫々のモータに駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号を送出するインバータと、前記インバータを周波数制御するコントロール信号を送出するコントローラとを備え、
前記雄ロータと雌ロータの回転数を制御することを特徴とするスクリュー流体機械。
【請求項９】
互に噛み合う雄ねじロータ及び雌ねじロータと、両ロータを収納するケーシングとにより作動室を形成し、前記作動室に閉じ込められた吸入気体を前記ロータの回転に伴って、吐出口から圧出するとともに、作動室内の圧力が大気圧近傍より上昇しないように、圧力を制限する圧力調整装置を設けたスクリュー流体機械において、
前記圧力調整装置は、前記ケーシングの一部を構成するスクリュー端面プレートに形成された排出口と、前記排出口の外側に設けられ前記作動室内圧力が大気圧近傍を越えたときに開放される排出弁と、前記排出口の内側を開閉するロータの歯端面とを含み、
前記ロータの回転にしたがってロータの歯端面が前記排出口に位置する状態で、ロータの歯端面が前記排出口の内側を閉塞するようになしたことを特徴とする特徴とするスクリュー流体機械。
【請求項１０】
前記圧力調整装置はロータの歯数より１つ少ない個数、設けられていることを特徴とする請求項９に記載のスクリュー流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクリュー流体機械、つまりスクリュー式の真空ポンプ、圧縮ポンプ、モータ等に係り、特に大気圧から１０-4Ｔｏｒｒレベルの低・中真空領域に好適なスクリュー真空ポンプに関するものである。また、本発明はそれらスクリューポンプ等に適したねじ歯車自体にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、低・中真空領域では油回転ポンプ、ルーツポンプ、拡散ポンプなど種々形式の真空ポンプが用いられてきた。例えば、半導体の製造分野では、真空状態にした容器内にウエハを収納して所定の処理が行われるが、この処理では、容器内にＮ2ガス等の不活性ガスを供給しつつ真空ポンプで吸引し、容器内の不純物（Ｏ2、ＣＯ2等）を除去し、数Ｔｏｒｒから１０-4Ｔｏｒｒレベルの真空状態としている。このような半導体製造工程において使用される真空ポンプとしては、油回転ポンプ、ルーツ式のメカニカルブースタポンプ等が用いられている。
【０００３】
しかし、油回転ポンプでは、使用している潤滑用油が半導体製造過程で用いる各種ガス（例えば、ヒ素、ガリウム、塩素、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、フッ素等）と接触して、潤滑油としての寿命を短くするという問題があり、また油分子が半導体製造容器内を汚染して半導体製造工程上好ましくないという問題があった。
【０００４】
また、上記ポンプでは、正常動作する圧力範囲が狭いため、所定圧力に到達するまでに数種のポンプを切換えて使用しなければならず、大気圧から１０-4Ｔｏｒｒレベルまで一台の真空ポンプで排気することができないという問題があった。
【０００５】
これら問題を解決するものとして、特開昭６０−２１６０８９号公報に示されるオイルフリースクリュー真空ポンプが既に提案されている。
前記公報に示されたスクリュー真空ポンプは無潤滑式で、上記圧力範囲を一台でカバーできるスクリュー真空ポンプである。
【０００６】
このスクリュー式真空ポンプの概略を図１、２に基づいて説明する。図に示すように、雄ロータ１０と雌ロータ１１は主ケーシング１２と吸入ケーシング１３内の軸受１４、１５、１６、１７により回転自在に支えられている。
前記雄ロータ１０と雌ロータ１１はねじ歯車からなり、この歯車は歯すじねじれ角は常に一定の角度であって、回転軸方向ピッチ及び軸直角面ピッチも一定であって、前記ロータ１０、１１の回転角の変化に伴って変化はするものではない。
【０００７】
また、ロータの吸入側１０ａは１０-4Ｔｏｒｒレベルの低圧であり吐出側１０ｂは大気圧になるため、ロータに作用するラジアル荷重は吸入側の方がはるかに小さい。そのため、吸入側の軸受１４、１５には深みぞ玉受軸を用いてラジアル荷重とスラスト荷重を支え、吐出側の軸受１６、１７には円筒ころ軸受を用いてラジアル荷重のみを支えている。
前記ロータの軸端にはタイミングギヤ１８、１９が取り付けられ、雄、雌ロータ１０、１１が互いに接触しないよう両ロータ間の隙間が調整される。
また軸受け１４、１５の潤滑は飛沫給油により行い、吸入カバー２０内に溜った潤滑油２１をタイミングギヤによって跳ねかけるようになされている。
【０００８】
一方軸受１６、１７の潤滑のため雄ロータ軸には円盤２２が取り付けられ、吐出カバー２３内の潤滑油２４を円板２２により跳ねかけるようになされている。
また、シャフトシール２５、２６、２７、２８は軸受やタイミングギヤの潤滑油が作動室内へ侵入するのを防いでいる。
【０００９】
ロータの吐出側作動室１０ｂと吐出カバー２３内はほぼ大気圧になるので吐出側のシャフトシール２７、２８に作用する差圧は比較的小さいが、吸入側作動室１０ａは１０-4Ｔｏｒｒレベルの圧力となるため吸入カバー２０内を大気に開放すると吸入側シャフトシール２５、２６に作用する差圧が大きくなりシールが難しくなる。
そのため、吸入カバー２０内を排圧管２９、３０によって低圧の作動室１０ｃと連通させ、吸入カバー２０内の圧力を下げてシャフトシール２５、２６に作用する差圧を小さくしてシール効果を高めている。
【００１０】
前記吸入カバー２０内は油の飛沫が充満しているので、この油の排圧管２９、３０を通って作動室へ入るのを防ぐため、吸入カバーには飛沫分離室３１が設けられ、また排圧管にはオイルトラップ３２が取り付けられている。
また万一排圧管を通って油が作動室へ入った場合でも、この油が吸入ポート３３側へ逆流しないようにするため、主ケーシング１２の排圧口３４はロータの作動室１０ｃが吸入口３３から完全に閉じられた後の位置に開口されている。
【００１１】
雄ロータ１０の作動室１０ｃは、この作動室が吸入口３３を通過後吐出口３５と連通するまでの間に雌ロータ１１と２ケ所の噛み合い部３６、３７を有し、同様に雌ロータの作動室１１ｃは雄ロータと２ケ所の噛み合い部３８、３７を有する。
ロータの回転に伴い気体は吸入口３３からロータ歯溝とケーシングによって形成される作動室に吸い込まれ、吐出口３５から吐出される。
作動室１０ｃ、１１ｃはロータの回転に伴い容積一定のまま気体を移送するが、さらにロータが回転した位置にある作動室３９、４０はロータの回転に伴いその容積を減少させ気体を圧縮する。
【００１２】
更に、雄ロータ１０と雌ロータ１１が噛み合っている状態をロータの周方向に展開した模式図である図３に基づいて説明する。
図に示すように、ロータを覆うケーシング１２はその軸方向の一端が気体の吸入口３３として大きく開口しており、反対側には吐出口３５が設けられている。
この両口以外ではケーシング１２は微少な隙間をもってロータ１０、１１を覆い、ロータとケーシングによりＶ字形の作動室が形成されている。
【００１３】
ロータが回転すると両ロータの噛み合い部は吸入口３３から吐出口３５へ向かって移動するが、この際作動室４１はその容積を減少させ作動室内の気体を圧縮する。
一方、作動室４２は容積一定であるので気体の圧縮作用はなく、移送作用をなす。
【００１４】
即ち、前記雄ロータ１０と雌ロータ１１は、歯すじねじれ角は常に一定の角度であって、回転軸方向ピッチ及び軸直角面ピッチも一定のねじ歯車で構成されるため、ロータとケーシングにより形成されるＶ字形の作動室４２の容積は一定である。
しかし、ロータが回転し、両ロータの噛み合い部は吸入口３３から吐出口３５へ向かって移動すると、ケーシング１２の端板１２ａによって作動室４１の容積は減少する。
したがって、作動室４１は容積を減少させ作動室内の気体を圧縮移送するように作用し、一方作動室４２は容積が一定であるので気体の圧縮作用はなく、単に移送をなすように作用する。
【００１５】
尚、図中、作動室４３は吐出口３５を通して気体の吐出中であり、また吸入口３３と連通している各作動室は、ロータの回転とともにその容積を増大させ気体の吸入作用をなしている。また、上述したようなスクリュー流体機構は、圧縮ポンプとしても利用されており、更に、モータとしても利用できるものである。
【特許文献１】特開昭６０−２１６０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
以上、詳述したように真空ポンプとして利用される従来のスクリュー流体機械は、作動室の容積を減少させ流体を圧縮する作動室と、作動室の容積を一定とし、流体に圧縮作用を及ぼすことなく、単に移送作用をなす作動室とを有している。
【００１７】
そのため、従来のスクリュー真空ポンプでは局部的（圧縮作用がなされる部分）な圧力上昇に起因して、真空ポンプのロータ及びケーシングの一部が異常に温度上昇する。即ち、図８の点線に示すように、作動室の容積を減少させ気体を圧縮する作動室が位置する吐出側の温度が異常に高くなるという傾向にあった。その結果、局部的温度上昇によって、スクリュー真空ポンプを構成する部材の熱膨張が不均一となり、ケーシングとロータ、雄ロータと、雌ロータのかみ合い間の寸法精度等を良好なものにすることができない等の技術的課題があった。
【００１８】
本発明の第１の目的はこのような課題を解決するためになされたものであり、真空ポンプや圧縮ポンプ等とし用いた場合に局部的な異常温度上昇のないスクリュー流体機械を提供せんとするものである。また、そのようなスクリュー流体機械の当該スクリュー等に適したねじ歯車を提供せんとするものである。
【００１９】
また、上述した従来のスクリュー真空ポンプの排気速度の特性を示すと、図１３の点線に示すようになる。
この図から明らかなように、この従来のスクリュー真空ポンプは１０-4Ｔｏｒｒのレベルの到達圧力を得ることができるが、１０-2Ｔｏｒｒから高真空側で排気速度が減少する。
したがって、この従来のスクリュー真空ポンプを用いて１０-4Ｔｏｒｒの到達圧力を得るためには、かなりの時間を要するという技術的問題があり、この時間を短縮する必要があった。
【００２０】
本発明の第２の目的は上記課題を解決するためになされたものであり、例えば真空ポンプとして用いた場合に大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から１０-4Ｔｏｒｒの作動範囲において、安定した排気速度を得ることができるスクリュー流体機械を提供せんとするものである。
【００２１】
また、真空ポンプとして用いられている従来のスクリュー流体機械は、１つのモータによりまず雄ロータを回転駆動し、タイミングギヤを介して雌ロータを回転させている。
したがって、雌ロータを回転させるための負荷がタイミングギヤに加わることとなる。その結果、ロータを高速回転させた場合等において、タイミングギヤの噛み合いによる騒音が発生し、労働環境を悪化させるという技術的課題があった。
【００２２】
本発明の第３の目的はこのような課題を解決するためになされたものであり、高速回転させても騒音の小さなスクリュー流体機械を提供せんとするものである。
【００２３】
また、別の従来のスクリュー真空ポンプにあっては、吸入圧力が大気圧近傍の状態での運転に際し、作動室の過剰な圧力上昇を防いで真空ポンプの温度の異常上昇を防ぐ等のため、図４に示すように、圧力調整装置２７がケーシング１２の下面に、しかもロータの軸方向に設けている。
この圧力調整装置２７は、図５に示すようにケーシング１２の下部に形成された排出口５２と、前記排出口５２を開閉する弁棒５３と、前記弁棒５３の自重を支えるばね５４と、前記弁棒５３とばね５４とを収納する弁ボックス５５と、前記弁ボックス５５に形成される排出口５２から吐出した気体を外部に放出する大気開放口５６とから構成されている。なお、弁棒５３にはＯリング５７が取り付けられている。しかし、そのような位置に設けられた圧力調整装置５０は、図５に示すように作動室５１ａと隣の作動室５１ｂとが排出口５２を介して連通することがある。図中矢印は、この時の気体の流れを示したものである。
すなわち、ロータの歯先５８は十分な幅を有さないため、排出口５２は作動室５１ａと隣の作動室５１ｂとに跨がる状態が生ずる。
その結果、圧力の高い作動室５１ａから圧 力の低い作動室５１ｂに気体が洩れ、吸気側が所定真空度になるまでに余分な時間を要するという問題があった。
【００２４】
本発明の第４の目的はこのような技術的課題を解決するためになされたものであり、必要以上の圧縮による軸トルクの増大を防ぐとともに、異常な温度上昇を防止し、さらには、吸気側の圧力を短時間で所定真空度とするようになしたスクリュー真空ポンプを提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記第１の目的を達成するために本発明にかかるスクリュー流体機械は、互に噛み合う雄ロータ及び雌ロータと、両ロータを収納するケーシングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成される流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に連通しうるようケーシングに設けられた流体の流入口および流出口とを備えたスクリュー流体機械において、前記雄雌ロータを構成するねじ歯車のねじれ角が、当該ねじれの進行に伴って連続的に変化するように構成したことを基本的構成としている。
【００２６】
このように構成された流体機械を真空ポンプ又は圧縮ポンプとして使用する場合においては、前記雄ロータと雌ロータの歯すじねじれ角がねじれの進行に伴って変化しているため、ロータとケーシングにより形成されるＶ字形の作動室の容積は、流入口から流出口に進行するにつれて連続的に減少する。
したがって、前記雄雌ロータとケーシングとにより形成される作動室は、吸入、連続圧縮移送、吐出作用を有し、作動室の容積を一定とした単なる移送作用を有さないため、局部的な圧力上昇による異常な温度上昇を防止することができる。
また、このようなスクリュー流体機械の当該ねじ歯車としては、ねじ歯車のピッチ円筒径上での歯すじ転がり曲線の展開図においてねじれ進行方向に対するピッチ円筒の転がり周長が実質的に単調増加関数で表されることを特徴とする本発明にかかるねじ歯車を用いることができ、その結果、回転軸直角シール性が高くなり流体作動室の気密性を良好とすることができる。
また、このような本発明にかかるねじ歯車は、通常の伝動歯車として使用できることはもちろんのこと、回転に伴いねじれ角が時間的に変わるため、軸方向の時間的変動を伴う負荷を効果的に処理することができる。
【００２７】
また、上記第２の目的を達成するため、本発明にかかるスクリュー流体機械は、互に噛み合う雄ロータ及び雌ロータと、両ロータを収納するケーシングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成される流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に連通しうるようケーシングに設けられた流体の流入口および流出口とを備えたスクリュー流体機械において、前記雄雌ロータにはねじ歯車部及びその各ねじ歯車部の少なくともいずれか一端部にルーツ部が形成されていることを特徴とする。
上記のように構成されたスクリュー流体機械は、例えば真空ポンプとして用いた場合には、雄雌ロータの回転によりスクリュー部によるポンプ作用に加え、スクリュー部の少なくとも一端側に設けられるルーツ部によってもポンプ作用が行われるため、１０-2Ｔｏｒｒから１０-4Ｔｏｒｒの範囲で排気速度が減少することなく、大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から１０-4Ｔｏｒｒの作動範囲において、安定した排気速度を得ることができる。また、圧縮機として使用した場合には、高い吐出圧力を得ることができる。
【００２８】
また、上記第３の目的を達成するため、本発明にかかるスクリュー流体機械は、互に噛み合う雄ねじロータ及び雌ねじロータと、両ロータを収納するケーシングと、雄雌ロータとケーシングとにより形成される流体作動室と、該作動室の一端部および他端部に連通しうるようケーシングに設けられた流体の流入口および流出口とを備えたスクリュー流体機械において、前記雄ロータ及び雌ロータを駆動するためにそれぞれのロータに設けられたモータと、前記夫々のモータに駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号を送出するインバータと、前記インバータを周波数制御するコントロール信号を送出するコントローラとを備え、前記雄ロータと雌ロータの回転数を制御することを特徴としている。
【００２９】
上記のように構成されたスクリュー流体機械は、コントローラから所定回転数に応じたコントロール信号、即ち、インバータの周波数を制御するコントロール信号がインバータに送出されると、前記コントロール信号に応じて前記インバータからは所定の周波数（基準周波数）を有する駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号が送出され、前記駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号に応じてモータＭ1、Ｍ2は所定回転数で駆動される。
したがって、モータＭ1、Ｍ2により雄雌ロータが同期して回転駆動されているため、雄雌ロータを高速回転してもモータの回転数変動が小さく、タイミングギヤに加わる負荷は小さいため、タイミングギヤの噛み合いによる騒音を抑えることができる。
【００３０】
また、上記第４の目的を達成するため、本発明にかかるスクリュー流体機械は、互に噛み合う雄ねじロータ及び雌ねじロータと、両ロータを収納するケーシングとにより作動室を形成し、前記作動室に閉じ込められた吸入気体を前記ロータの回転に伴って、吐出口から圧出するとともに、作動室内圧力が大気圧より上昇しないように、圧力を制限する圧力調整装置を設けたスクリュー流体機械において、前記圧力調整装置は、前記ケーシングの一部を構成するスクリュー端面プレートに形成された排出口と、前記排出口の外側に設けられ前記作動室内圧力が大気圧近傍を超えたときに開放される排出弁と、前記排出口を開閉するロータの歯端面とを含み、前記ロータの回転にしたがってロータの歯端面が前記排出口に位置する状態で、ロータの歯端面が前記排出口の内側を閉塞するように構成されている。
【００３１】
上記のように構成されたスクリュー流体機械は、吸入気体の圧力が低く、作動室の圧力が大気圧近傍より低い場合には、圧力調整装置の排出弁は排出口の外側を塞いでいる。
この時、排出口の内側はロータを構成するねじ歯車の歯端面で閉塞するように構成されているため、ロータが回転しても作動室が隣接する作動室と連通することはなく、圧力の高い作動室から圧力の低い作動室に気体が洩れて吸気側が所定真空度になるまで余分な時間を要することもない。
また吸入気体の圧力が高く、作動室の圧力が大気圧近傍より高い場合には、圧力調整装置の排出弁が解放され、作動室内の気体は排出口より外部へと放出される。
そして、吸入圧力が低下し、作動室が吐出口に連通する直前において当該作動室内圧力が大気圧に達することがなくなると、圧力調整装置の排出口はすべて塞がれ、作動室内の気体は前記圧力調整装置から外部に吐出されることなく、吐出口より圧出される。
【発明の効果】
【００３２】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかるスクリュー流体機械によれば雄ロータと雌ロータの歯すじねじれ角をそのねじれの進行にしたがって変化させているため、ロータとケーシングにより形成されるＶ字形の各流体作動室の容積をロータの回転にしたがって連続的に増加又は減少させることができる。
その結果、局部的に温度が異常に上昇するのを抑えることができ、ケーシングとロータ、雄ローーと、雌ロータのかみ合い間の寸法精度等を良好なものにすることができる等の効果を奏するものである。
また、このようなスクリュー流体機械の当該ねじれ歯車としては、ねじ歯車のピッチ円筒径上での歯すじ転がり曲線の展開図においてねじれ進行方向に対するピッチ円筒の転がり周長が実質的に単調増加関数で表されることを特徴とする本発明にかかるねじ歯車を用いることができ、その結果、回転軸直角シール性が高くなり流体作動室の気密性を良好とすることができる。
また、このような本発明にかかるねじ歯車は、通常の伝動歯車として使用できることはもちろんのこと、回転に伴いねじれ角が時間的に変わるため、軸方向の時間的変動を伴う負荷を効果的に処理することができる。
【００３３】
また、本発明にかかる流体機械によれば、雄雌ロータのスクリュー部の少なくとも一端側にルーツ部を設けているため例えば真空ポンプとして用いた場合には排気速度が大幅に改善され、１台の真空ポンプで効率良く大気圧から１０-4Ｔｏｒｒの中真空領域まで、安定した排気速度を得ることができ、また、圧縮ポンプとして用いた場合には高い吐出圧を得ることができるという効果を奏する。
【００３４】
また、本発明にかかる流体機械によれば、雄雌ロータを同期駆動しているのでロータを高速回転させた場合であっても、タイミングギヤの噛み合いによる騒音を抑えることができるという効果を奏する。
【００３５】
更に本発明にかかる流体機械によれば、ロータの回転にしたがってロータの歯端面が排出口に位置する状態で、ロータの歯端面によって排出口の内側を閉塞するように構成されているため、排出口によって一の作動室と隣接する他の作動室とが連通することがない。
その結果、所定の圧力の高い一の作動室から圧力の低い他の作動室に気体が洩れることなく、吸気側が所定真空度になるまでに余分な時間を要しないという効果を奏するものである。
【００３６】
また作動室内の圧力をほぼ大気圧以下に抑えられるため、吸入圧力が大気圧近傍の状態での運転に際しても、必要以上の圧縮による軸トルクの増大を防ぐことができ、消費電力を抑えることができ、また必要以上の圧縮がないため、スクリュー真空ポンプの温度が異常に上昇することはなく、ケーシングとロータ、雄ロータと雌ロータのかみ合い間の寸法精度等を良好なものとすることができるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
先ず、本発明にかかるスクリュー流体機械においてスクリューに連続的に変化するねじれ角を持たせる場合における真空ポンプとしての一実施例を本発明にかかるねじ歯車（スクリュー）の実施例の説明も兼ねて図６乃至図７に基づいて説明する。
本発明者らは、吸引した気体に圧縮作用を及ぼすことなく、単に移送作用をなす容積一定の作動室を廃し、すべての作動室の容積を連続的に減少させ、気体を圧縮する作動室とすることに着目した。
そして、作動室の容積を連続的に減少させるために、スクリュー真空ポンプの雄ロータと雌ロータを構成する歯車の歯すじねじれ角をロータの回転角にしたがって変化させ、ロータとケーシングにより形成されるＶ字形の作動室容積を変化させようとしたものである。
したがって、ここでの重要点は雄ロータと雌ロータを構成するねじ歯車の形状にあるため、以下に説明する一実施例ではスクリュー真空ポンプのねじ歯車の形状について説明することとし、スクリュー真空ポンプの他の構造は従来と同様でもあり説明を省略する。
【００３８】
本実施例にかかるスクリュー真空ポンプに用いられるねじ歯車を図６及び図７に基づいて説明する。
ここで、図６はねじ歯車の平面図であり、図７は横軸にピッチ円筒上の雄雌歯車の転がり周長ｘM及びｘFを、縦軸に回転軸方向の進行量ｙをとり、このｘM−ｙ面に雄歯車、ｘF−ｙ面上に雌歯車の歯すじ転がり曲線の展開図を示す。
尚、この図の左側半分は雌歯車についてのものでｘはｘFを表し、右側半分は雄歯車についてのものでｘはｘMを表す。ｘの符号は、正の方向に歯車の歯すじをたどった時に歯すじが吸入側から吐出側に移動するものとする。即ち、雄歯車では右方向に正の向き、雌歯車では、左方向に正の向きとする。雄歯車は雄ロータに用いられる歯車であり、雌歯車は雌ロータに用いられる歯車である。
図７ではロータの吸入口の位置ｙ＝０とし、吐出口の位置をｙ＝Ｌとする。又雄雌ロータは、吸引口（ｙ＝０）でピッチ円筒上の雄雌の歯すじが一致しているものとし、その点をｘM＝ｘF＝０とする。またここで歯すじ転がり曲線とは、一般的にはつる巻線とも呼ばれているものである。
【００３９】
又、図７のｘ，ｙの有効な範囲については、制限はない。即ち、ｘについては、
ｘM≧０、ｘF≧０
が有効な範囲であり、ｙについては、ロータの長さＬで決まり、ｙの範囲は
０≦ｙ≦Ｌ
で与えられる。
【００４０】
吸入口（ｙ＝０）において、ピッチ円筒上で雄雌ロータが接触一致している点（すなわちｘM＝０及びｘF＝０）から伸びている雄雌ロータの歯すじ転がり曲線の展開図は、図７において原点から発し、共にｘの増加に伴ってｙも増加する。即ち、雄ロータについては、ｙはｘMの単調増加関数であり、雌ロータについては、ｙはｘFの単調増加関数である。
このことは、ｘとｙを交換してｙを独立変数とみなし、ｘがｙの関数であると考えても変わらない。即ち、
雄ロータについては
ｘM＝ＦM（ｙ）  …（１）
はｙの単調増加関数であり、
雌ロータについては
ｘF＝ＦF（ｙ）  …（２）
はｙの単調増加関数である。
また、共に原点を通るので、
ＦM（０）＝ＦF（０）＝０  …（３）
である。
【００４１】
ここで、βMg、βFg、θM、θFによって
βMg；ピッチ円筒上での雄ロータのねじれ角
βFg；ピッチ円筒上での雌ロータのねじれ角
θM；雄ロータ回転角
θF；雌ロータ回転角
を表すことにする。ねじれ角βMg、βFgは図７に示す角度である。又、回転角θM、θFは雄雌のピッチ円筒の半径をＲM、ＲFとすれば、
θM＝ｘM／ＲM  …（４）
θF＝ｘF／ＲF  …（５）
で表される。
【００４２】
（１）、（２）式を用いれば、雄雌ロータのねじれ角βMg、βFgは
ｔａｎβMg＝ｄｘM／ｄｙ＝ｄＦM／ｄｙ  …（６）
ｔａｎβFg＝ｄｘF／ｄｙ＝ｄＦF／ｄｙ  …（７）
で与えられる。
【００４３】
雄雌ねじロータのねじの噛み合いにより画成される各流体作動室が、それらロータの回転に伴い、容積を連続的に減少しつつ真空ポンプ吐出方向に移動するよう、ロータねじれ角を連続的に増加させる。このことは、（６）、（７）式からｄＦM／ｄｙ、ｄＦF／ｄｙを連続的に増加させることと、等価である。即ち、（１）、（２）式で与えられるＦM（ｙ）、ＦF（ｙ）は、共に原点を通り、ｙに関して単調増加関数であり、かつそれらの微分係数も単調増加関数である。即ち、関数ＦM（ｙ）、ＦF（ｙ）は、ｙの変域０≦ｙ≦Ｌにおいて、
ＦM（０）＝０、ＦF（０）＝０  …（８）
ｄＦM（ｙ）／ｄｙ＞０、ｄＦF（ｙ）／ｄｙ＞０  …（９）
ｄ2ＦM（ｙ）／ｄｙ2＞０、ｄ2ＦF（ｙ）／ｄｙ2＞０  …（１０）
を満足しなければならない。即ち（８）、（９）、（１０）式を満足する任意の関数
ｘM＝ＦM（ｙ）、ｘF＝ＦF（ｙ）
は、雄雌のロータ歯すじ転がり曲線の展開図として採用することができる。
【００４４】
雄雌ロータの噛み合いの条件として、ピッチ円筒上における雄歯ねじれ角と雌歯ねじれ角は大きさ等しく、逆向きでなければならない。しかし、これまでの解析では、ピッチ円筒上での雄雌ロータの転がり周長ｘM、ｘFの正の方向は互いに逆向きであるから、雄雌ロータの噛み合いの条件は全てのｙの値で、
βMg＝βFg  …（１１）
を満たさなければならない。この条件から、
ｔａｎβMg＝ｔａｎβFg  …（１２）
即ち、（６）、（７）式から、変域内の全てのｙの値で
ｄｘM／ｄｙ＝ｄｘF／ｄｙ  …（１３）
の条件が得られる。
【００４５】
（１２）、（１３）式から、ｘM＝ＦM（ｙ）とｘF＝ＦF（ｙ）の関数は、全く同一のものであることが結論される。即ち、図７において示されている曲線は、ｙ軸に対して左右対称であることが結論される。即ち、ねじれ角変化型ロータの設計に当たっては、
Ｆ（０）＝０、ｄＦ／ｄｙ＞０、ｄ2Ｆ／ｄｙ2＞０  …（１４）
を満たす任意の関数、Ｆ（ｙ）を選択し、これによって
ｘM＝ＦM（ｙ）、ｘF＝ＦF（ｙ）  …（１５）
とする。
【００４６】
ピッチ円筒上の軸直角面ピッチＴは等しく、雄歯車の歯数をＮM、雌歯車の歯数をＮFとすれば、
Ｔ＝２πＲM／ＮM＝２πＲF／ＮF  …（１６）
で与えられるが、他の歯型に対応するロータの歯すじ転がり曲線の展開図は、ｘ＝Ｆ（ｙ）をｘ軸方向にｍＴだけ並行移動したものである。ただし、ｍは正又は負の整数である。図７にはこれらの曲線を点線で示してある。
【００４７】
最も簡単な例として、Ｆ（ｙ）として次のような二次関数、
Ｆ（ｙ）＝Ａｙ2＋Ｂｙ（Ａ＞０、Ｂ＞０）  …（１７）
を選択することができる。図７に示した曲線はこのような二次曲線の例である。
【００４８】
以上のように特定されたねじれ角変化型歯車にあっては、ピッチ円筒上での歯すじ転がり曲線の展開図が、前記（１４）式を満たす任意の関数で与えられるものとして、この曲線の勾配変化を基礎として、ピッチ円筒上での歯すじねじれ角を歯車の回転に対応して変化させると共に、これを基準として歯形形状部を既知のはすば歯車やねじ歯車の歯すじねじれ角の基礎的な考え方に基づき、回転軸直角平面上の軸直角ピッチＴをピッチ円筒上で一致させることでかみ合いを実施し、回転軸方向ピッチｔsが、回転角の変化に伴い刻々変化しつつも回転軸直角平面上のかみ合い状態、歯形状況が保持されつつ、ねじれが回転軸方向（ｙ方向）に進んでいく。
【００４９】
即ち、ピッチ円筒上での転がり周長とねじれ進行方向量は、雄雌ロータで等しいことから、雄雌ロータのピッチ円筒上でのつる巻線の長さも等しい。即ち任意のｙの変域［ｙi、ｙj］において、
【００５０】
【数１】
2005195027.tif 000003
【００５１】
より、両方の歯車の噛み合いに対応して、変域［ｙi、ｙj］のピッチ円筒上でのつる巻線の長さは等しい。
また、歯すじ転がり曲線は回転角の関数としても表され、回転角と歯すじ転がり量は比例関係にある。雄雌歯形形状部のピッチ円径以外の径、ＲM'、ＲF'におけるつる巻線の長さは、（４）、（５）式を用い、（Ａ）式におけるｘM、ｘFは
ｘ'M＝ｘMＲM'／ＲM  ｘ'F＝ｘFＲF'／ＲF
で置き換えることによって得られる。したがって、（Ａ）に対応する式は、ピッチ円筒以外の径の接触部では成り立たず、滑りによって調整が取られている。即ち、
【００５２】
【数２】
2005195027.tif 000004
となる。
【００５３】
雄雌ロータの噛み合いが行われるためには、回転角θM、θFの間には
θMＮF＝θFＮM  …（１８）
の関係が必要である。ここでＮM、ＮFはそれぞれ雄、雌ロータの歯数である。またピッチ円筒の半径ＲM、ＲFは、ピッチ円筒の性質上
ＲMＮF＝ＲFＮM  …（１９）
の関係がある。（１８）式を保ちつつθM、θFが変化すれば、常に
ｙM（θM）＝ｙF（θF）  …（２０）
が成り立つ。
【００５４】
また、雄雌歯すじの軸方向進行量ｙM（θM）、ｙF（θF）から、回転軸方向ピッチｔsをθ（θは（２０）式から、θMでもθFでも構わない）の関数として与えることができる。ｔsはθの増加とともに変化するが、ｙ（θ）の位置の前後のピッチｔV-、ｔV+は、
ｔV-＝ｙM（θM）−ｙM（θM−２π／ＮM）
＝ｙF（θF）−ｙF（θF−２π／ＮF）
ｔV+＝ｙM（θM＋２π／ＮM）−ｙM（θM）
＝ｙF（θF＋２π／ＮF）−ｙF（θF）  …（２１）
で与えられる。
【００５５】
従って図７におけるピッチｔsg、ｔs （＝ｔsg）は両ロータの噛み合い部におけるピッチを示すもので、ｔsg（ｎ、ｎ＋１）、ｔs（ｎ、ｎ＋１）は
ｔsg（ｎ、ｎ＋１）＝ｙM｛２π（ｎ＋１）／ＮM｝−ｙM（２πｎ／ＮM）
ｔs（ｎ、ｎ＋１）＝ｙF｛２π（ｎ＋１）／ＮF｝−ｙF（２πｎ／ＮF）
…（２２）
である。ｙ（θ）の増加率ｄｙ／ｄθは
ｄｙ／ｄθ＝Ｒｄｙ／ｄｘ＝Ｒ／（ｄｘ／ｄｙ）＝Ｒ／（ｄＦ／ｄｙ）
であるから、ｙ（θ）の増加率はｄＦ／ｄｙに反比例、即ち、ｙの増加とともに次第に増加率は減少していく。このことは、回転軸方向ピッチはｙの増加と共に、次第に減少し、ｔs（ｎ−１、ｎ）＞ｔs（ｎ、ｎ＋１）、ｔsg（ｎ−１、ｎ）＞ｔsg（ｎ、ｎ＋１）と変化する。一方軸直角面ピッチは変化しないため、回転に伴っては、常に同一の歯形が現れる。
即ち、雄歯車の歯形と雌歯車の歯形で密閉状態にある容積は、回転に伴う移動に伴って時間的に縮小することができる。
【００５６】
以上のように特定されたねじれ角可変型歯車にあっては、かみ合いピッチ円筒上での歯すじ転がり曲線が、単調にその勾配を変えかつ単調増加関数的に変化し、この歯すじねじれ曲線の勾配変化を基礎として、ピッチ円筒上での可変歯すじねじれ角を定め、これを基準として歯型形状部を既知のはすば歯車や、ねじ歯車の歯すじねじれ角の基礎的な考え方に基ずき、ねじれ進行方向の回転軸直角平面上の軸直角面ピッチＴを一致させることでかみあいを実施し、回転軸方向ピッチｔsgが、回転角の変化に伴い刻々変化しつつも回転軸直角平面上のかみ合い状態、歯型形状が保持されつつねじれが回転軸方向Ｙ（閘）に進んで行くため、回転角と歯すじ転がり量は一定の関係を持ち、雄雌一対の歯車の歯型形状を回転軸方向の直角平面上で一致させることができ、回転軸方向の回転に伴い逐次現れる回転軸直角空間平面ｎ（ｎM又はｎF）番目に回転当初と同一歯が現れる。
即ち、この歯車によれば、通常の歯車としての特徴を有するばかりでなく、回転軸直角平面上のシール性の高いねじとしての特徴も併せ持つものである。
【００５７】
また、回転軸方向ピッチを周期的かつ連続的に変化させることが可能である。
したがって、この歯車を用いて雄雌ロータを構成すれば、前記雄ロータと雌ロータの歯すじねじれ角はロータの回転角にしたがって変化し、その結果ロータとケーシングにより形成されるＶ字形の作動室容積を連続的に変化させることができる。
即ち、すべての作動室をその容積が減少する作動室とすることができる。
【００５８】
以上のように、上記歯車を用いてスクリュー真空ポンプや圧縮ポンプを構成すれば、図８の実線で示されるように作動室の容積は連続的に変化して連続圧縮し、移送を行うため、それらポンプの温度状態は、吸入側から吐出側に向けて徐々に温度が上昇し、局部的に温度が上昇することはない。
また、作動室は吸入ポートと連通した状態で気体を吸入する吸入作用、作動室内の気体を連続圧縮移送する連続圧縮移送作用、吐出ポートと連通した状態で気体を吐出する吐出作用を行い、単なる移送作用を有さないため、効率的に駆動することができる。
【００５９】
更に、回転軸方向ピッチが変化するため、等ピッチの従来のスクリュー流体機械と比べて、ロータの全長を短くすることができ、スクリュー流体機械の小型化を図ることができるという効果を奏する。
【００６０】
次に、本発明に係る流体機械において、雄雌ロータの各スクリュー部の少なくとも一端側にルーツ部を設ける場合の真空ポンプとしての一実施例について、図９乃至図１２に基づいて説明する。
尚、図９は本実施例に用いられる雄雌ロータの斜視図であり、図１０は雄雌ロータの平面図である。また図１１は図９、１０に図示した雄雌ロータを用いたスリュー真空ポンプの断面図であって、図１２は図１１のＡ−Ａ断面図である。
【００６１】
まず、本実施例の特徴について説明すると、従来雄雌ロータにはいわゆる単一のねじ歯車が形成されていたのに対し、本実施例は雄雌ロータに前記ねじ歯車とルーツとを形成した点に特徴がある。
即ち、図９及び図１０に示すように、雄雌ロータ１０１、１０２はねじ歯車部１０１ａ、１０２ａと雄側ルーツ部１０３、１０５、雌側ルーツ部１０４、１０６とにより構成され、前記雄側ルーツ部１０３、１０５、雌側ルーツ部１０４、１０６は前記ねじ歯車部１０１ａ、１０２ａの両端に形成されている。
【００６２】
また、雄雌ロータ１０１、１０２のねじ歯車部１０１ａ、１０２ａとケーシングによって形成される作動室１０１ｂ、１０２ｂと、雄側ルーツ部１０３、雌側ルーツ部１０４とケーシングとによって形成される作動室１０３ａ、１０４ａとは連通し、同様に作動室１０１ｂ、１０２ｂ、雄側ルーツ部１０５、雌側ルーツ部１０６とケーシングとによって形成される作動室１０５ａ、１０６ａとは連通している。
尚、前記雄雌ロータ１０１、１０２の一端部には回転軸１０７、１０８が形成されている。
【００６３】
次に、この雄雌ロ−タ１０１、１０２をケーシングに配置した状態を図１１、図１２に基づいて説明する。
図に示すように、雄ロータ１０１と雌ロータ１０２は、主ケーシング１０９に収納され、前記主ケーシング１０９の一端面を密封する端板１１０に取りつけられた軸受１１１、１１２と副ケーシング１１７に取りつけられた軸受１１８、１１９とにより回転自在に支持されている。
前記主ケーシング１０９の端板１１０側には雄雌ロータ１０１、１０２で圧縮された気体を外部に吐出する吐出口１０９ｂが設けられている。また各軸受け１１１、１１２にはシール材１１３、１１４が取りつけられ、前記シール材１１３、１１４によって後述するタイミングギヤ１１５、１１６による潤滑油が作動室内へ侵入するのを防いでいる。
【００６４】
前記雄雌ロータ１０１、１０２の回転軸１０７、１０８には、副ケーシング１１７内に収納されたタイミングギヤ１１５、１１６が取付られ、雄、雌ロータが互いに接触しないように両ロータ間を調整している。
そして軸受１１１、１１２の潤滑は飛まつ給油より行ない、副ケーシング１１７内に溜った潤滑油（図示せず）をタイミングギヤ１１５、１１６によって跳ねかけるように成されている。
尚、前記主ケーシング１０９の他端側には副ケーシング１２０が取り付けられている。また前記主ケーシング１０９の他端側には吸入口１０９ａが設けられている。
【００６５】
このように構成されたスクリュー真空ポンプは、雄、雌ロータ１０１、１０２の回転に伴い気体が吸入口１０９ａから雄側ルーツ部１０５、雌側ルーツ部１０６とケーシングとによって形成される作動室１０３ａ、１０４ａに吸い込まれる。この吸引時にルーツ部１０３、１０４の作動室１０３ａ、１０４ａによって、吸引した気体は圧縮される。
そして、前記作動室１０３ａ、１０４ａと連通しているねじ歯車部１０１ａ、１０２ａとケーシングによって形成される作動室１０１ｂ、１０２ｂに移送される。前記作動室１０１ｂ、１０２ｂはロータ１０１、１０２の回転に伴い当初容積一定のまま気体を移送するが、さらにロータが回転するとその容積を減少させ気体を圧縮する。
更に、圧縮された気体は作動室１０１ｂ、１０２ｂと連通している雄側ル−ツ部１０５、雌側ル−ツ部１０６の作動室１０５ａ、１０６ａに移送され、圧縮されながら吐出口１０９ｂから吐出される。
【００６６】
尚、主ケーシング１０９の外側には気体の圧縮により温度が上昇するため、冷却ジャケット１２１を設け、このジャケット内に冷却水を通しケーシング１０９や圧縮気体を冷却するように成されている。
【００６７】
以上のように、本実施例によればスクリューポンプとルーツポンプの機能を兼ね備えるため、図１３の実線に示すようにスクリュー真空空ポンプの排気速度が大幅に改善され、１台の真空ポンプで効率良く、大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から１０-4Ｔｏｒｒの中真空領域まで、略安定した排気速度を得ることができ、広い作動範囲をカバーすることができる。また、上記実施例のポンプを圧縮機として使用した場合には高い吐出圧を得ることができる。
尚、上記実施例において、ルーツ部はねじ歯車部の両端、つまり吸入口側及び吐出口側の両方形成したが、必要に応じていずれか一方のみに形成しても良い。
また、上記実施例において、ねじ歯車のねじれ角は、図６、７で説明したように連続的に変化するものであっても、従来の図１、２のように一定のものであってもよい。
【００６８】
次に本発明にかかる流体機械において雄雌ロータの同期回転制御を行う場合における真空ポンプとしての実施例について、図１４乃至図１６に基づいて説明する。
この実施例にかかるスクリュー真空ポンプは、雄雌ロータ２０１、２０２にルーツ部が設けられていない点および雄雌ロータ２０１、２０２の回転軸２０７、２０８にモータＭ1、Ｍ2が取り付けられている点を除き基本的には図１１、１２に示した真空ポンプと同様の構造を有している。
前記モータＭ1、Ｍ2の制御回路は図１６に示すように、駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号を送出するインバータ２０２、２０３に接続され、前記インバータ２０２、２０３は周波数制御を行うコントロール信号を送出するコントローラ２０４に接続されている。
即ち、コントローラ２０４から所定回転数に応じたコントロール信号がインバ−タ２０２、２０３に送出されると、そのコントロール信号に対応した基準周波数を有する駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号をインバータ２０２、２０３から送出し、モ−タＭ1、Ｍ2が所定回転数で駆動されるようになされている。
【００６９】
このように構成されたスクリュー真空ポンプの動作について説明すると、前述のようにコントローラ２０４から所定回転数に応じたコントロール信号、即ちインバータ２０２、２０３の周波数を制御するコントロール信号がインバータ２０２、２０３ヘ送出される。
このコントロール信号を受けて、前記インバータ２０２、２０３からは前記コントロール信号に対応した所定の周波数（基準周波数）を有する駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号がモータＭ1、Ｍ2に送出される。
そして、前記駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号を受けてモータＭ1、Ｍ2は所定回転数で駆動される。
【００７０】
ここで、前記雄雌ロータ１０１、１０２のインバータ２０２、２０３から送出される駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号に誤差はなく、所定の周波数（基準周波数）をもって送出されているのであれば、雄雌ロータ１０１、１０２の回転は同期し、雄雌ロータ１０１、１０２は同一の回転数で駆動され、タイミングギヤ１１５、１１６には負荷が加わることはない。
その結果、高速で雄雌ロータ１０１、１０２を回転駆動しても、タイミングギヤ１１５、１１６には負荷が加わらないため、タイミングギヤの噛み合いによる騒音を抑えることができる。
【００７１】
尚、通常インバータの周波数誤差は０．２〜０．３％ある。このインバータの周波数誤差により、雄雌ロータ１０１、１０２の回転の同期が取れなくなり、タイミングギヤ１１５、１１６には雄雌ロータ１０１、１０２を回転させるための負荷が加わることになるが、従来の場合に比べてその負荷は小さいため、前記タイミングギヤ１１５、１１６から発せられる騒音を従来より抑えることができる。また、タイミングギヤの歯面圧は従来に比し小さくなるため、ポンプの高速運転が可能となり、ポンプ排気速度の向上あるいはポンプの小型化を図ることができる。
【００７２】
次にモータの制御系については、他の例を図１５に示す。
尚、図１４に示した部材と同一部材は同一符号を付する。
この図１５に示す場合も図１４に示す場合と同様に、前記モータＭ1、Ｍ2は、駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号を送出するインバータ２０２、２０３に接続され、前記インバータ２０２、２０３はインバータ２０２、２０３の周波数制御を行うコントロール信号送出するコントローラ２０４に接続されている。またこのモータの制御系にあっては、インバータ２０２、２０３から送出された駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号を取り込むフィードバック２０５、２０６回路が設けられ、前記フィードバック回路２０５、２０６からインバータ２０２、２０３に制御信号が送出される。
【００７３】
即ち、コントローラ２０４から所定回転数に応じたコントロール信号がインバータ２０２、２０３に送出されると、前記インバータ２０２、２０３からは所定の周波数（基準周波数）を有する駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号がモータＭ1、Ｍ2に送出される。
ここで、インバータ２０２、２０３から送出される駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号がこのインバータ２０２、２０３の周波数誤差等により基準周波数からずれた場合、雄雌ロータ１０１、１０２の回転の同期が取れなくなる。
しかし、インバータ２０２、２０３から送出される駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号がフィードバック回路２０５、２０６に取り込まれ、フィードバック回路２０５、２０６からインバータ２０２、２０３の周波数誤差を補正し、基準周波数に一致させる制御信号をインバータ２０２、２０３に送出する。
その結果、インバータ２０２、２０３から送出される駆動用交流信号あるいは駆動用パルス信号は徐々に基準周波数に近づき、雄雌ロータ１０１、１０２の回転が同期するようになる。
【００７４】
以上のように、インバータ２０２、２０３の周波数誤差等があっても、フィードバック回路２０５、２０６を設け、その誤差を小さくするように、制御信号をフィードバック回路２０５、２０６からインバータ２０２、２０３に送出するように構成されているため、雄雌ロータ１０１、１０２の回転は同期するようになり、タイミングギヤ１１５、１１６の負荷が徐々に減少し、タイミングギヤ１１５、１１６の噛み合いによる騒音を抑えることができる。
【００７５】
尚、上記実施例においても、ねじ歯車のねじれ角は連続的に変化するものであっても変化しないものであってもよく、また、ロータにルーツ部が設けられたものであってもよい。
【００７６】
また、第１８、１９図は前述した図１４、１５に示す真空ポンプの発展的実施例を示すものであり、雄雌ロータ２１１、２１２の回転軸線上に左から右へ順次、ルーツ部２１３、２１４、スクリュー部２１５、２１６、ルーツ部２１７、２１８、スクリュー部２１９、２２０、ルーツ部２２１、２２２を設け、上述したのと同様の制御がなされるモータＭ1、Ｍ2を左右に位置するよう回転軸２２３、２２４の一方側に取りつけたものを示す。
このようにモータＭ1、Ｍ2を配置することにより、モータＭ1、Ｍ2の径が大きくてもこれを容易に回転軸２２３、２２４に取り付けることができる。なお、図１８、１９において、吸気口２２５から吸引された気体は左右に分かれて吐出口２２６、２２７から排気されるよう同一軸線上にある左右対のスクリュー２１５、２１６、２１９、２２０は、そのねじれ方向が逆になっている。
その他の構成は、図１４、１５と同様な構成を有しているため、図中、図１４、１５の符号と同一符号を付することによって、その説明を省略する。
【００７７】
次に、本発明にかかる真空ポンプにおいて圧力調整弁を設ける場合における実施例について、図２０乃至図２２に基づいて説明する。
尚、図２０は本実施例にかかるスクリュー真空ポンプにおけるケーシングの吐出側端面プレート部（内壁面部）をロータ側からみた概略図であって、（ａ）は雄ロータ側の排 出口に雄ロータの歯端面が位置しない状態を示す図である。また（ｂ）は雄ロータが回転し、排出口に雄ロータの歯端面が位置する状態を示す図である。また、図２１は本実施例にかかるスクリュー真空ポンプをロータの周方向を開いて、模式的に表した図である。更に、図２２は排出口の要部拡大図である。
【００７８】
図に示すように、３０１は雄ロータであって、前記雄ロータ３０１と噛み合う雌ロータ３０２が、従来のスクリュー真空ポンプ同様、ケーシング３０３内に収納されている。
そして、前記ケーシング３０３の吐出側には、雄ロータ端面プレート３０３ａ、雌ロータ端面プレート３０３ｂ（図２１）が形成され、この端面プレート３０３ａ、端面プレート３０３ｂと雄ロータ３０１の歯端面、雌ロータ３０２の歯端面とは接触せず、微少の間隔を持っている。
したがって、雄ロータ端面プレート３０３ａ、雌ロータ端面プレート３０３ｂと雄ロータ３０１の歯端面３０１ｂ、雌ロータ３０２の歯端面３０２ｂとによって、作動室３０１ａ、３０２ａの気密性が保たれる。
【００７９】
また、前記雄ロータ３０１の端面プレート３０３ａには排出口３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄが形成され、同様に雌ロータの端面プレート３０３ｂにも、排出口３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄ、３０５ｅが形成されている。
そして端面プレート３０３ａと端面プレート３０３ｂとの上部には、端面プレート３０３ａと端面プレート３０３ｂに跨がって、１つの吐出口３０６が形成されている。
【００８０】
前記雄ロータ側端面プレート３０３ａに形成された排出口３０４は、雄ロータ歯数（この実施例にあっては、歯数は５）より１つ少ない４つ設けられ、４つの排出口３０４ａ〜３０４ｄは、雄ロータ３０１を構成するねじ歯車の歯ピッチの間隔と同一間隔をもって、前記ねじ歯車のピッチ円上に配置されている。
尚、排出口は、雄ロータ３０１を構成するねじ歯車の歯ピッチの間隔と同一間隔をもって形成されるため、雄ロータ側端面プレート３０３ａには、５つの排出口を設けることができるが、５つ目の排出口は吐出口３０６となるように構成されている。
したがって、前記排出口３０４ａ〜３０４ｄは吐出口３０６からの角度で示せば、７２°、１４４°、２１６°、２８８°の位置に形成されている。
【００８１】
また前記雌ロータ側端面プレート３０３ｂに形成された排出口３０５は、前述の雄ロータ側端面プレート３０３ａと同様に、雌ロータ歯数（この実施例にあっては、歯数は６）より１つ少ない５つ設けられ、５つの排出口３０５ａ〜３０５ｅは、雌ロータ３０２を構成するねじ歯車の歯ピッチの間隔と同一間隔をもって、前記ねじ歯車のピッチ円上に配置されている。
尚、排出口は、雌ロータ３０２を構成するねじ歯車の歯ピッチの間隔と同一間隔をもって形成されるため、雌ロータ側端面プレート３０３ｂには、６つの排出口を設けることができるが、６つ目の排出口は吐出口３０６となるように構成されている。
したがって、前記排出口３０５ａ〜３０５ｅは吐出口３０６からの角度で示せば、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°の位置に形成されている。
【００８２】
以上のような位置関係をもって、排出口３０４ａ〜３０４ｄ及び排出口３０５ａ〜３０５ｅが形成されているため、図２０（ａ）に示すように前記雄ロータ３０１のねじ歯車の端面３０１ｂが排出口３０４ａ〜３０４ｄを閉塞しない状態（雌ロータ２のねじ歯車の端面３０２ｂが排出口３０５ａ〜３０５ｅを閉塞する状態）にあっては、排出口３０４ａ〜３０４ｄの内側は開放状態にあり、排出口３０５ａ〜３０５ｅは閉塞状態にある。
そして、ロータが回転することにより、前記状態から図２０（ｂ）に示すような前記雄ロータ３０１のねじ歯車の端面３０１ｂが排出口３０４ａ〜３０４ｄを閉塞する状態（雌ロータ２のねじ歯車の端面３０２ｂが排出口３０５ａ〜３０５ｅを閉塞しない状態）に移行するが、いずれの状態にあっても作動室が排出口３０４、３０５を介して、連通することはない。
【００８３】
次に、排出口の外側に配される排出弁について図２２に基づいて説明する。
尚、この排出弁は基本的構成は従来の排出弁と同様であるため、図５に示された部材と同一の部材については同一符号を付する。
図において、圧力調整装置３０７は前記排出口を開閉する弁棒５３と、前記弁棒５３の反対面に一体に形成され、排出口３０４、３０５に挿入される突出部５３ａと、前記弁棒５３を排出口３０４、３０５を閉塞する方向に附勢するばね５４と、前記弁棒５３とばね５４とを収納する弁ボックス５５と、前記弁ボックス５５に形成され、前記排出口３０４、３０５から吐出した気体を外部に放出する大気開放口５６とから構成されている。
ここで、前記ばね５４の附勢力は、スクリューポンプを鉛直かつ吐出口３０６が下方に位置するよう配置した場合に、大気圧以上に作動室内の圧力が上昇すると弁棒５３が排出口３０４、３０５を開くように、つまり弁棒５３の自重を支持する程度の附勢力に調整されている。
したがって、ポンプを横置きに配置した場合には、作動室内の圧力が大気圧とばね５４の附勢力との和（この値は、ばね５４の附勢力が小さいのでほぼ大気圧といえる）以上になった時に排出口３０４、３０５が開く。
【００８４】
上記のように構成された一実施例の動作作用を吐出口を下方に位置させた場合について説明する。
まず吸入気体の圧力が低く、作動室３０１ａの圧力が大気圧より低い場合には、弁ボックス５５内の弁棒５３は、ばね５４によって附勢され、排出口３０４、３０５を塞いでいる。尚、このとき、突出部５３ａは排出口３０４、３０５に挿入されているため、排出口３０４、３０５にわずかな空隙しか形成されていない。そのため、作動室３０１ａ、３０２ａが排出口３０４、３０５に位置し連通した際、作動室３０１ａ、３０２ａの圧力は排出口３０４、３０５の空隙の圧力の影響を受けることはない。
したがって、吸入口より吸入された気体は、雄ロータ３０１、雌ロータ３０２及びケーシング３０３によって形成される作動室３０１ａ、３０２ａ内に入り、両ロータの回転により圧縮されて、前記圧力調整装置から外部に吐出されることなく、吐出口３０６より吐出される。
このとき、図２２に示すように排出口３０４、３０５の内側はロータを構成するねじ歯車の歯端面３０１ｂまたは歯端面３０２ｂで閉塞するように構成されているため、作動室が隣接する作動室と連通することはなく、圧力の高い作動室から圧力の低い作動室に気体が洩れ、吸気側が所定真空度になるまでに余分な時間を要することもない。
【００８５】
これに対し、吸入気体の圧力が高く、作動室の圧力が大気圧より高い場合には、弁棒５３は下方に押し下げられ、作動室５１内の気体は排出口３０４、３０５より弁ボックス５５内のすきまを通り、大気開放口５６より外部へと放出される。
そして、吸入圧力が低下し、作動室が吐出口に連通する直前において当該作動室内圧力が大気圧に達することがなくなると、圧力調整装置の排出口３０４、３０５はすべて塞がれ、作動室内の気体は前記圧力調整装置３０７から外部に吐出されることなく、吐出口３０６より圧出される。
【００８６】
以上のように、本実施例にかかるスクリュー真空ポンプにあっては、スクリュー真空ポンプのロータの回転にしたがってロータの歯端面 が排出口に位置する状態で、ロータの歯端面によって排出口の内側を閉塞するように構成されているため、排出口によって一の作動室と隣接する他の作動室と連通することがなく、圧力の高い一の作動室から圧力の低い他の作動室に気体が洩れないため、吸気側が所定真空度になるまでに余分な時間を要することがない。
また作動室内の圧力を常にほぼ大気圧以下に抑えられるため、吸入圧力が大気圧近傍の状態での運転に際しても、必要以上の圧縮が行われないため、軸トルクの増大を防ぐことができ、消費電力を抑えることができる。
更に、必要以上の圧縮が行われないため、スクリュー真空ポンプの温度が異常に上昇することはなく、ケーシングとロータ、雄ロータと雌ロータのかみ合い間の寸法精度等を良好なものとすることができる。
【００８７】
尚、上記実施例にあっては、排出口を４個あるいは５個設けたものについて説明したが、特にこれに限定されるものではなく、スクリュー真空ポンプの使用範囲、性能等を考慮の上適宜選択される。
また排出口をロータを構成するねじ歯車のピッチ円に相当する位置に形成したが、特にこの位置に限定されるものではなく、ねじ歯車の歯端面で閉塞できる位置に形成されれば良い。
更に、上記実施例では、ばねの附勢力を弁棒５３の自重を支持する程度のものとして説明したが、特にこれに限定されるものではなく、スクリュー真空ポンプの使用範囲、性能等を考慮の上ばねの附勢力を変えてもよい。
また、本実施例においても、ねじ歯車のねじれ角は連続的に変化するものであっても、あるいは変化しないものであってもよく、また図１１、１２に示すと同様にロータのスクリュー部の吐出側にルーツ部（その吐出側端面が上述した歯端面に該当することになる）を設けたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は従来のスクリュー真空ポンプを示し、図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図２は従来のスクリュー真空ポンプを示し、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は従来のスクリュー真空ポンプの雄ロータと雌ロータが噛み合っている状態をロータの周方向に展開した模式図である。
【図４】図４は従来のスクリュー真空ポンプの断面図である。
【図５】図５は図４に示す圧力調整装置を示す要部断面図である。
【図６】図６は本発明に用いられるねじ歯車の平面図である。
【図７】図７は本発明に用いられるねじ歯車のかみ合いピッチ円筒上の展開図あって、横軸にかみ合いピッチ円筒の雄転がり周長を、縦軸にねじれ進行量をとり、この座標軸上に放物線（２次曲線）からなる歯すじ転がり曲線を表した展開図である。
【図８】図８はスクリュー真空ポンプの温度の上昇を表した図であって、点線は従来のスクリュー真空ポンプの場合を示し、実線は本発明の一実施例の場合を示している。
【図９】図９は本発明の一実施例に用いられる雄雌ロータの斜視図である。
【図１０】図１０は図９の雄雌ロータの平面図である。
【図１１】図１１は図９、１０に図示した雄雌ロータを用いたスリュー真空ポンプの断面図である。
【図１２】図１２は図１１のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】図１３は排気速度の特性を示す図である。
【図１４】図１４は本発明の一実施例にかかるスクリュー真空ポンプの断面図である。
【図１５】図１５は図１４のＡ−Ａ断面図である。
【図１６】図１６は図１４、１５に図示した雄雌ロータの回転制御するための回路図である。
【図１７】図１７は雄雌ロータの回転制御するための他の回路図である。
【図１８】図１８は本発明の一実施例にかかるスクリュー真空ポンプの断面図である。
【図１９】図１９は図１８のＡ−Ａ断面図である。
【図２０】図２０は本発明の一実施例にかかるスクリュー真空ポンプをケーシングの吐出側からみた概略図である。
【図２１】図２１は本発明の一実施例にかかるスクリュー真空ポンプをロータの周方向を開いて、模式的に表した図である。
【図２２】図２２は排出口の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００８９】
１                  雄歯車（雄ロータ）
２                  雌歯車（雌ロータ）
３                  雄かみ合いピッチ円筒
４                  雌かみ合いピッチ円筒
５                  雄歯型形状
６                  雌歯型形状
７                  雄回転軸
８                  雌回転軸
１０１              雄ロータ
１０１ａ            ねじ歯車部
１０２              雌ロータ
１０２ａ            ねじ歯車部
１０３              ルーツ部
１０４              ルーツ部
１０５              ルーツ部
１０６              ルーツ部
１０９              ケーシング
１０９ａ            吸入口（流入口）
１０９ｂ            吐出口（流出口）
２０２              インバータ
２０３              インバータ
２０４              コントローラ
２０５              フィードバック回路
２０６              フィードバック回路
Ｍ1                 モータ
Ｍ2                 モータ
３０１              雄ロ−タ
３０１ａ            作動室
３０１ｂ            歯端面
３０２              雌ロータ
３０２ａ            作動室
３０２ｂ            歯端面
３０３              ケーシング
３０３ａ            雄ロータ側端面プレート
３０３ｂ            雌ロータ側端面プレート
３０４ａ〜３０４ｄ  排出口
３０５ａ〜３０５ｅ  排出口
３０６              吐出口
３０７              排出弁
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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