JP3831110B2 - 真空ポンプのスクリューロータ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラキシャルスクリューロータ型真空ポンプのスクリューロータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スパイラキシャルスクリューロータ型ポンプは、複数のねじ山（リード数）をもつ右ねじのスクリューロータと左ねじのスクリューロータ噛み合わせてケイシングの中で回転するポンプであり、ポンプ効率が高いために流体を送給する一般のポンプとして使用されるだけでなく、真空ポンプとしても広く使用されている。
【０００３】
スクリューロータＡの軸直角断面の形状は、図４に示すように、クインビー曲線ａと歯底の円弧ｂと疑アルキメデス曲線ｃと外径の円弧ｄにより構成され、ロータの重心Ｇは、スクリューロータの回転の軸心Ｏからφ方向に向けて偏心した位置にあるため、回転時にアンバランス質量が発生する。
一方、スクリューロータ型真空ポンプを小型化するには、スクリューロータを高速回転する必要があり、送給する流体のリーク量は回転数に関係なく一定と考えられるので、高速回転にすればする程容積効率が高まるので、高速回転化することが望まれるが、スクリューロータには上記のアンバランス質量があるために、高速に伴って振動が発生する。
【０００４】
従って、スクリューロータ型真空ポンプの利点を生かして効率よく使用するためには、高速回転領域でも使用可能とする必要があり、そのためには、ロータバランスを改善して高速回転領域で発生する振動を小さくすることが必要である。
かかる目的から出願人は、スクリューロータのねじのリード数を偶数にして静的バランスをとり、動的バランスに対しては、スクリューロータの両端のねじ山部分に空洞を設けるか、或いは、空洞を設けた部分に軽量の材質を鋳込むことによって軽量化してバランスをとることを提案した（特公平２−１７７１６号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スクリューロータの両端のねじ山部分に空洞を設けて動バランスをとるには、空洞となる中子形状が大きく剛性のあるものとする必要があるので、中子形状が小さく折れ易い形状であれば、ロータを鋳造した場合に中子ずれや折れが起こり、正確な空洞とはなり得ない。
一方、市場から真空ポンプをより小型化することを要求されるので、図５（Ａ）に示すねじリード長さＬを、図５（Ｂ）に示すように、縮小されリード長さＬ′にすると、ねじ山ｅは厚さが薄いねじ山ｅ′になる。
【０００６】
厚さが薄いねじ山ｅ′に小さな空洞を鋳造で製作することは難しく、ドリル加工によるバランス取りしかできないこととなった。
ドリル加工でも、厚さが薄いねじ山ｅ′からは小さなアンバランス量しかとることができないので、アンバランス量をできるだけ小さくする必要がある。
出願人は、スクリューロータのねじ部全長を変えて実験した結果、ねじ部全長が所定の条件となったときに、スクリューロータのアンバランスモーメントが最小となることが判った。
本発明は、かかる結果に基づいてアンバランスモーメントが最小となるスクリューロータを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
軸直角断面の形状がクインビー曲線，円弧，疑アルキメデス曲線により非対称形に形成された右ねじ，左ねじ一対のスクリューロータを噛み合わせたスパイラキシャルスクリューロータ型真空ポンプにおいて、スクリューロータのねじ部のねじリード数を（整数＋０．５）とすることにより、スクリューロータのアンバランスモーメントを小さくしたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の具体例を図面を参照して説明する。
図１は本発明のスクリューロータＡ1 の寸法を説明する正面図であり、図２（Ａ）〜（Ｃ）はアンバラス力の発生状態を説明するスクリューロータＡ1 の正面図および側面図であり、図６は本発明のスクリューロータＡ1 と比較される従来のスクリューロータＡの正面図である。
本発明のスクリューロータＡ1 は、従来のスクリューロータＡと同様に、ねじ部２とねじ部２の両側に設けられる軸部１とにより構成され、ねじ部２の軸角断面の形状は同一である。
【０００９】
又、軸部２は真空ポンプのケイシングに設けられた軸受に回転可能に支承されることも従来のスクリューロータＡと同様であるが、本発明のスクリューロータＡ1 のねじ部２に設けられるねじリード数が従来のスクリューロータＡと相違する。
１つのねじリードの長さをＬ2 とした場合、本発明のねじリードの全長Ｌ0 を
Ｌ0 ＝（ｎ＋０．５）Ｌ2 （ｎ：整数）
としたことに特徴がある。
【００１０】
この場合のアンバランス力Ｆr は、図２（Ａ）に示すように、偶力となって作用し、アンバランス力Ｆr についてのモーメントの釣り合いＭ0 は、一方（左側）の軸部１の長さをＬ1 とした場合に、次の(1) 式のようになる。
Figure 0003831110
図２（Ｂ），（Ｃ）は図２（Ａ）を左右両側から見た側面図であり、回転の軸心Ｏに対する重心位置Ｇ示している。
【００１１】
従来のスクリューロータＡのねじ部２の全長ＬT を 全長ＬT ＝ｎＬ2 とした場合、アンバランス力Ｆr は同一方向になるので、アンバランス力Ｆr についてのモーメントの釣り合いＭT は、次の(2) 式のようになる。
Figure 0003831110
(1) 式と(2) 式とのアンバランスモーメントの差異は、
Figure 0003831110
となり、本発明によりアンバランスモーメントが(3) 式に示す値分だけ少なくなることが立証される。
【００１２】
本発明では、以上のようにアンバランスモーメントを減少することができるので、ねじ部２のねじ山ｅ′（図５（Ｂ）参照）に空洞を設けることが困難な場合には、図２，図３に示すように、軸部１の外面とねじ部２のねじ底２ａとの間の端面にドリルで底付きのバランスホール３を設けることが容易になる。
【００１３】
【発明の効果】
以上の如くに、本発明によれば、スクリューロータのねじ部の全長をリード長さの（整数ｎ＋０．５）倍にしたことにより、スクリューロータのアンバランスモーメントを小さくすることが可能になり、動バランスをとるためのバランスホールのドリル加工が容易になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクリューロータの寸法を説明する正面図である。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｃ）はアンバラス力の発生状態を説明するスクリューロータの正面図および左右の側面図である。
【図３】動バランスをとるためのバランスホールを示すスクリューロータの側面図である。
【図４】スクリューロータのねじ部の軸直角断面図である。
【図５】図５（Ａ），（Ｂ）はねじリード長さに応じてねじ山形状が変わることを説明するねじ山軸方向断面図である。
【図６】本発明のスクリューロータと比較される従来のスクリューロータＡの正面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ａ1 スクリューロータ
ａ クインビー曲線
ｂ，ｄ 円弧
ｃ 疑アルキメデス曲線
ｅ ねじ山
Ｇ 重心
Ｌ0 ねじ部全長
Ｌ2 ねじリード長さ
１ 軸部
２ ねじ部
３ バランスホール

Claims (1)

  1. 軸直角断面の形状がクインビー曲線，円弧，疑アルキメデス曲線により非対称形に形成された右ねじ，左ねじ一対のスクリューロータを噛み合わせたスパイラキシャルスクリューロータ型真空ポンプにおいて、スクリューロータのねじ部のねじリード数を（整数＋０．５）とすることにより、スクリューロータのアンバランスモーメントを小さくしたことを特徴とする真空ポンプのスクリューロータ。
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