专利名称：螺旋转子以及螺旋式流体机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及螺旋式压缩机或螺旋式真空泵、螺旋式膨胀机等螺旋式流体机械的螺旋转子，特别涉及其齿形曲线。
背景技术：
在以往，作为螺旋式流体机械(以下，将螺旋型干式真空泵作为例子进行说明)，例如具有如下的螺旋型干式真空泵将一对螺旋转子通过轴承固定在外壳内，利用马达驱动该螺旋转子的一方，通过固定在该一个螺旋转子上的定时齿轮和与固定在该一方螺旋转子上的定时齿轮啮合的另一方螺旋转子的定时齿轮，使两个螺旋转子不干涉地旋转，由此从形成于两个螺旋转子的旋转轴端部侧的外壳上的吸气口吸入排出气体，并将排出气体移送到形成于两个螺旋转子的另一端部侧的外壳上的喷出口而喷出。作为该螺旋型干式真空泵的两个螺旋转子，具有各种组合，在本发明中说明垂直于轴的截面形状为相同形状的情况。该螺旋型干式真空泵的螺旋转子的齿形曲线，例如，采用如对比文献1的螺旋转子齿形曲线所示，将由两个螺旋转子和收容该两个螺旋转子的外壳形成的空间密闭而形成移送室，并谋求提高密封效果的的齿形。
对比文献1所示的螺旋转子齿形的垂直于旋转轴的截面形状，由以螺旋转子的旋转中心作为中心的圆弧的外周部、以螺旋转子的旋转中心作为中心的圆弧的齿底部以及连接外周部和齿底部的2条曲线部形成。其一条曲线部由相对侧螺旋转子的外周上的一点A所展成的次摆线曲线决定。另一条曲线部由正弦曲线或者2个渐开线曲线决定。
专利文献1特开平8-277790号公报但是，在现有的螺旋型干式真空泵中使用的螺旋转子的齿形中，仅设计成正弦曲线、2个渐开线曲线等可用特定的函数表示的曲线，在使用这些曲线的齿形中，具有产生螺旋转子间的干涉的啮合相位，不能在全部的啮合相位中使游隙成为0或某一均匀的游隙。即，由于根据转子的旋转角度不同，间隙发生变化，因而产生该间隙变大的部分，从而发生移送中的排出气体从该大的间隙大量地泄漏的问题。因此，向排气腔侧倒流的排出气体量变多，从而难以提高排气速度。
发明内容
本发明是鉴于现有技术的上述问题提出的，能够尽量抑制螺旋式流体机械的移送中的排出气体泄漏并向吸气侧倒流的量。即，其目的在于提供一种螺旋式流体机械，运转时的排气室内的移送室的间隙总是大致保持一定。
根据技术方案1的发明，一种螺旋转子，齿形的垂直于轴的截面形状由构成齿底部的圆弧、构成外周部的圆弧以及连接外周部和齿底部的2条曲线构成，其特征在于，上述连接外周部和齿底部的2条曲线中的一条曲线为由啮合相对侧螺旋转子的外周上的点所展成的次摆线曲线，另一条曲线二等分成节圆至外周部和节圆至齿底部，该二等分后的一方由规定的预先确定的曲线形成，另一方为由另一螺旋转子的二等分后一方的规定的预先确定的曲线在啮合时所展成的曲线，从而构成齿形的垂直于轴的截面形状。
上述连接外周部和齿底部的2条曲线中的另一条曲线也可以如下形成齿型形状在螺旋转子的垂直于旋转轴的截面上将外周部和齿底部之间沿半径方向以等间隔分割成偶数份，该偶数分割后的半数部分由规定的预先确定的曲线形成，另一半数部分由相对侧螺旋转子的该规定的预先确定的曲线所展成的曲线形成。
根据技术方案2的发明，一种螺旋转子，齿形的垂直于轴的截面形状由构成齿底部的圆弧、构成外周部的圆弧以及连接外周部和齿底部的2条齿型曲线构成，其特征在于，上述连接外周部和齿底部的2条齿型曲线中的一条齿型曲线为不与另一螺旋转子的啮合部分干涉，并能够形成与其他空间隔开的移送室的齿型曲线，另一条齿型曲线二等分成节圆至外周部和节圆至齿底部，该二等分后的一方由规定的预先确定的曲线形成，另一方为由另一螺旋转子的二等分后一方的规定的预先确定的曲线在啮合时所展成的曲线，从而构成齿形的垂直于轴的截面形状。
作为上述连接外周部和齿底部的2条齿型曲线中的一条齿型曲线，特别是在用作螺旋式真空泵的情况下，选择由啮合相对侧螺旋转子的外周上的点展成的次摆线曲线是最适合的，但并不限定于此。另一条齿型曲线也可以如下形成齿型形状在螺旋转子的垂直于旋转轴的截面上将外周部和齿底部之间沿半径方向以等间隔分割成偶数份，该偶数分割后的半数部分由规定的预先确定的曲线形成，另一半数部分由相对侧螺旋转子的该规定的预先确定的曲线所展成的曲线形成。
根据技术方案3的发明，其特征在于，上述二等分后的一个规定的预先确定的曲线部由圆弧和直线形成。如果能够选择配置以及排列，使构成上述二等分后一方的圆弧和直线与齿底部或外周部平滑地连接，并且与上述二等分后的另一方的齿也平滑地连接，圆弧和直线的组合数量就没有限制。并且，不只限定于圆弧和直线。
根据技术方案4的发明，其特征在于，上述规定的预先确定的曲线部由正弦曲线形成。如果该正弦曲线能够选择配置以及排列，使上述二等分后的一方与齿底部或外周部平滑地连接，并且与上述二等分后的另一方的齿也平滑地连接，正弦曲线个数就没有限制。并且，不只限定于正弦曲线。但是对齿形的制造而言，仅通过1条曲线形成二等分后一方的齿形时制造简单。
根据技术方案5的发明，一种螺旋式流体机械，包括具有吸气口和排气口的泵外壳；和相互啮合而旋转、分别可自由旋转地收容于上述泵外壳内的一对螺旋转子，在上述泵外壳和各螺旋转子之间形成有多个移送室，所述移送室由两个螺旋转子的啮合部分划分而成，并通过两个螺旋转子的旋转从吸气口侧移送至排气口侧，其特征在于，螺旋转子齿形的垂直于轴的截面形状由构成齿底部的圆弧、构成外周部的圆弧以及连接外周部和齿底部的2条曲线构成，该连接外周部和齿底部的2条曲线中的一条曲线为由相对侧螺旋转子的外周上的点所展成的次摆线曲线，另一条曲线由节圆二等分成节圆至外周部和节圆至齿底部，一方由规定的预先确定的曲线形成，另一方为由另一螺旋转子的二等分后一方的规定的预先确定的曲线在啮合时所展成的曲线，从而构成齿型形状。
上述连接外周部和齿底部的2条曲线中的另一条曲线也可以如下形成齿型形状在螺旋转子的垂直于旋转轴的截面上将外周部和齿底部之间沿半径方向以等间隔分割成偶数份，该偶数分割后的半数部分由规定的预先确定的曲线形成，另一半数部分由相对侧螺旋转子的该规定的预先确定的曲线所展成的曲线形成。
根据技术方案6的发明，一种螺旋式流体机械，包括具有吸气口和排气口的泵外壳；和相互啮合而旋转、分别可自由旋转地收容于上述泵外壳内的一对螺旋转子，在上述泵外壳和各螺旋转子之间形成有多个移送室，所述移送室由两个螺旋转子的啮合部分划分而成，并通过两个螺旋转子的旋转从吸气口侧移送至排气口侧，其特征在于，螺旋转子齿形的垂直于轴的截面形状由构成齿底部的圆弧、构成外周部的圆弧以及连接外周部和齿底部的2条齿型曲线构成，该连接外周部和齿底部的2条曲线中的一条齿型曲线为不与相对侧螺旋转子的啮合部分干涉，并能够使上述各移送室与相邻的另外的移送室隔开的齿型曲线，另一条齿型曲线通过节圆二等分成节圆至外周部和节圆至齿底部，一方由规定的预先确定的曲线形成，另一方为由相对侧螺旋转子的二等分后一方的规定的预先确定的曲线在啮合时所展成的曲线，从而构成齿型形状。
作为上述连接外周部和齿底部的2条齿型曲线中的一条齿型曲线，特别是在用作螺旋式真空泵的情况下，选择由啮合相对侧螺旋转子的外周上的点展成的次摆线曲线是最适合的，但并不限定于此。另一条齿型曲线也可以如下形成齿型形状在螺旋转子的垂直于旋转轴的截面上将外周部和齿底部之间沿半径方向以等间隔分割成偶数份，该偶数分割后的半数部分由规定的预先确定的曲线形成，另一半数部分由相对侧螺旋转子的该规定的预先确定的曲线所展成的曲线形成。
根据技术方案7的发明，其特征在于，上述二等分后的一个规定的预先确定的曲线部由圆弧和直线形成。如果能够选择配置以及排列，使构成上述二等分后一方的圆弧和直线与齿底部或外周部平滑地连接，并且与上述二等分后的另一方的齿也平滑地连接，圆弧和直线的组合数量就没有限制。并且，不只限定于圆弧和直线。
根据技术方案8的发明，其特征在于，上述规定的预先确定的曲线部由正弦曲线形成。如果该正弦曲线能够选择配置以及排列，使上述二等分后的一方与齿底部或外周部平滑地连接，并且与上述二等分后的另一方的齿也平滑地连接，正弦曲线个数就没有限制。并且，不只限定于正弦曲线。但是对齿形的制造而言，仅通过1条曲线形成二等分后一方的齿形时制造简单。
发明效果根据技术方案1的发明，能够容易地形成螺旋转子的齿型，使螺旋转子啮合而旋转时，与旋转角度无关地总使螺旋转子之间的间隙保持不变。
根据技术方案2的发明，能够容易地形成螺旋转子的齿型，使螺旋转子啮合而旋转时，与旋转角度无关地总使螺旋转子之间的间隙保持不变。
根据技术方案3的发明，与由节圆二等分后的一方齿型的齿底部或外周部接合的部分使用圆弧，由此能够形成容易且平滑地连接接合部的螺旋转子的齿型。
根据技术方案4的发明，可通过最少1条曲线容易地构成由规定的预先确定的节圆二等分后的一条曲线，能够形成接合部容易且平滑地连接到齿底部或外周部的接合部分的螺旋转子的齿型。
根据技术方案5的发明，能够容易地构成螺旋式流体机械，其具有使螺旋转子啮合而旋转时，与旋转角度无关地总使螺旋转子之间的间隙保持不变的螺旋转子的齿型。
根据技术方案6的发明，能够容易地构成螺旋式流体机械，其具有使螺旋转子啮合而旋转时，与旋转角度无关地总使螺旋转子之间的间隙保持不变的螺旋转子的齿型。
根据技术方案7的发明，与由节圆二等分后的一方齿型的齿底部或外周部接合的部分使用圆弧，由此能够构成具有容易且平滑地连接接合部的螺旋转子齿型的螺旋式流体机械。
根据技术方案8的发明，能够构成具有如下的螺旋转子的齿型的流体机械可通过最少1条曲线容易地构成由规定的预先确定的节圆二等分的一条曲线，接合部容易且平滑地连接到齿底部或外周部的接合部分。
图1表示本发明的螺旋型干式真空泵。
图2表示本发明的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状。
图3表示形成本发明的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状的第一过程。
图4表示形成本发明的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状的第二过程。
图5表示形成本发明的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状的第三过程。
图6表示形成本发明的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状的第四过程。
图7表示形成本发明的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状的第五过程。
图8表示形成本发明的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状的第六过程。
图9表示形成本发明的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状的第七过程。
图10表示形成本发明的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状的第八过程。
标号说明100 螺旋型干式真空泵101 外壳101、102 轴111、112、113、114 轴承103、104 螺旋转子106、115 定时齿轮107 吸气口108 排出口109 排气侧凸缘116、117、118、119 轴密封
201 节圆具体实施方式
下面说明本发明的实施方式。
实施例1图1是使用本发明的螺旋转子的螺旋型干式真空泵100的实施例。
如图1所示，螺旋型干式真空泵100，2个平行的轴101、102分别通过轴承111、112、113以及114支撑在外壳110中，在所述轴上固定有相互啮合的具有螺旋槽的螺旋转子103、104。一个轴101通过马达105进行旋转驱动，该旋转通过固定在轴101上的定时齿轮106传递给与该定时齿轮106啮合并固定在另一个轴102上的定时齿轮115。即，螺旋转子103及104通过定时齿轮106及115同步旋转。外壳110包括用于将未图示的排气腔内的排出气体吸入排气室内的吸气口107和用于在排气室内排出从吸气口107侧移送来的排出气体的排出口108。通过以上结构，使螺旋转子103及104同步反转，从而使封闭入由螺旋转子103、104以及外壳110形成的排气室内的移送室的排出气体，通过螺旋转子103及104的旋转向轴方向移动而排出。
该螺旋型干式真空泵的作用，由从吸气口107向排气室内吸入气体的吸入过程、在排气室内部移送气体的移送过程以及从排出口108喷出气体的喷出过程实现。
在此，吸气口107可以如图1所示地配置在外壳上端面上，吸气口也可以配置在外壳的侧面，配置在从垂直于轴的方向观察时与螺旋转子重叠的位置上。关于排气口，在端部，使排气侧凸缘109上表面和螺旋转子排气侧端面的间隙与两个螺旋转子之间、两个螺旋转子侧面与外壳之间的间隙同样地变窄时，通过改变排气口的位置、大小能够调节移送室和排出侧外部气体之间的连接时间，能够改变排出气体的排出压力。并且，在上述外壳的侧端部排出口打开的情况下，能够增大排气通路和排气口，对于真空泵可以提高维护性。
并且，在半导体制造装置等不允许杂质混入的装置中，使用螺旋式干涉真空泵的情况下，在轴和外壳之间的排气室侧设有轴密封116、117、118以及119，使得用于润滑轴承111、112、113以及114、定时齿轮106及115的润滑油等不会泄漏到排气室内。
在上述排气室内，通过一对螺旋转子和外壳密闭的移送室，根据螺旋转子的条数和卷数形成有多个室，将从上述吸气口107吸入的排出气体封闭入该移送室内，根据螺旋转子的旋转将排出气体向排出口108移送，并从该排出口108喷出排出气体。
运转时的螺旋型干式真空泵的排气性能，因形成于排气室内的移送室的密闭度而较大变化。即，由于排出气体从高压侧向低压侧流动，因而密闭度不好时，从吸气口107向排出口108移送排出气体的期间，封闭在该移送室内的排出气体向吸气口107侧漏出，从而排气性能变差。
该移送室的密闭，通过两个螺旋转子的外周部和外壳之间、一个螺旋转子的齿底部和另一个螺旋转子的外周部之间、以及连接各螺旋转子的外周部和齿底部的2条曲线之间形成密封线。
在此，使用图2说明上述螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状。在图2中，AB间表示齿底部，CD间表示外周部，BC间和AD间表示连接外周部和齿底部的2条曲线。BC间以次摆线曲线形成，AD间，以节圆201作为边界，使齿底侧203由组合圆弧和直线的曲线形成，外周侧205通过生成曲线形成，其中，所述节圆201具有外周圆弧和齿底圆弧的中间的直径并以螺旋转子的旋转轴O作为中心。
在上述密封线上存在间隙大的部分时，移送室的排出气体从该间隙泄漏而降低排气效率。沿着该密封线的间隙，能够形成两个螺旋转子的外周部CD间和外壳之间、一个螺旋转子的齿底部和另一个螺旋转子的外周部之间、以及连接螺旋转子的外周部和齿底部的次摆线曲线部之间总是能够保持一定的间隙而运转的齿形。但是，连接外周部和齿底部的AD间的啮合部在现有的设计中，因运转时的两个螺旋转子的旋转角度不同，间隙发生变化。因此，在将间隙最小的部分作为基准，使该最小的间隙与上述其他一定的间隙部分的间隙相同的情况下，会在另一条曲线部产生较大间隙的部分，移送室内的排出气体从该部分泄漏而向吸气口侧倒流，从而使排气效率变差，但如本发明实施例这样，对于该部分，以节圆201作为边界，以组合圆弧和直线的曲线形成齿底侧203，并通过展成曲线形成外周侧205，因此在该展成曲线部具有自由度，可以形成运转时该啮合部的间隙总是与其他部分的间隙保持相同的齿形，可以构成具有非常良好的密封性能的螺旋型干式真空泵。
接着使用图3至图10说明本实施例的螺旋齿形的形成过程。
首先，在图3中表示通过以螺旋转子的旋转轴O为中心的圆弧形成AB间的齿底部，通过以螺旋转子的旋转轴O为中心的圆弧形成CD间的外周部，通过次摆线曲线形成BC间，且在形成AD间的齿形之前的螺旋转子的垂直于旋转轴的截面形状。
接着在图4，配置将以节圆201作为边界，在齿底侧203与齿底圆弧外切，且具有与外周圆弧和齿底圆弧之差相等的直径的圆301，其中，所述节圆201具有外周圆弧和齿底圆弧的中间的直径并以螺旋转子的旋转轴O为中心。
如图5所示，形成通过交点P，且在齿底侧与上述圆301相切的直线部403，其中，所述交点P是直线L与节圆的交点，所述直线L是连接螺旋转子的中心轴O与该圆301与齿底圆弧的切点的直线、和连接螺旋转子的中心轴O与外周部的端点D的直线所形成的角2θ的中分线，如图6所示，由上述圆301的齿底与直线部403相切的部分、以及从节圆201至与圆301相切的直线部403形成齿底侧203的齿形。
接着如图7所示，相对于螺旋转子701，在离开节圆201直径距离的位置上偏离180°相位而配置另一个相同形状的螺旋转子703。
接着如图8所示，固定一个螺旋转子701，使另一个螺旋转子703根据运转状态下的两个螺旋转子的位置关系，在一个螺旋转子701的周围，偏离啮合相位的同时旋转。
此时，如图9所示，由在P至D间连接另一方螺旋转子的齿底侧齿903的最外侧的线而成的展成曲线形成外周侧齿形，使得在各相位下一个螺旋转子701的外周侧齿部901与另一个螺旋转子的齿底侧齿干涉。
如上所述，螺旋转子805可以具有如图10所示的垂直于旋转轴的截面形状的齿形，可以形成在任何相位下游隙都大致为0mm的完整齿形。但是，以无油状态运转的情况下，由于两个螺旋转子间的摩擦、排出气体的压缩等，垂直于螺旋齿面的方向上发生热膨胀，因而需要设置一定的游隙(0.05～0.3mm)。在这种情况下，以上述游隙大致为0mm的完整齿型作为基准，沿垂直于各螺旋转子的螺旋齿面的方向修正一定量(0.025～0.15mm)，就能够在全部啮合相位中得到均匀的游隙。
如果是现有的齿形，因使发生干涉的间隙最小的部分与由热膨胀等确定的间隙设计最小值一致，因而发生间隙变大的相位，但如果是具有本实施例的螺旋转子的螺旋型干式真空泵，间隙相对于相位为一定值，能够进行考虑排气效率、热膨胀等的最佳设计。由此，能够最小限度地抑制间隙引起的泄漏，能够提高排气效率，实现消耗电力的减少。
权利要求
1.一种螺旋转子，齿形的垂直于轴的截面形状由构成齿底部的圆弧、构成外周部的圆弧以及连接外周部和齿底部的2条曲线构成，其特征在于，所述连接外周部和齿底部的2条曲线中的一条曲线为由啮合相对侧螺旋转子的外周上的点所展成的次摆线曲线，另一条曲线二等分成节圆至外周部和节圆至齿底部，该二等分后的一方由规定的预先确定的曲线形成，另一方为由另一螺旋转子的二等分后一方的规定的预先确定的曲线在啮合时所展成的曲线，从而构成齿形的垂直于轴的截面形状。
2.一种螺旋转子，齿形的垂直于轴的截面形状由构成齿底部的圆弧、构成外周部的圆弧以及连接外周部和齿底部的2条齿型曲线构成，其特征在于，所述连接外周部和齿底部的2条齿型曲线中的一条齿型曲线为不与另一螺旋转子的啮合部分干涉，并能够形成与其他空间隔开的移送室的齿型曲线，另一条齿型曲线二等分成节圆至外周部和节圆至齿底部，该二等分后的一方由规定的预先确定的曲线形成，另一方为由另一螺旋转子的二等分后一方的规定的预先确定的曲线在啮合时所展成的曲线，从而构成齿形的垂直于轴的截面形状。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋转子，其特征在于，所述二等分后的一个规定的预先确定的曲线部由圆弧和直线形成。
4.根据权利要求1或2所述的螺旋转子，其特征在于，所述规定的预先确定的曲线部由正弦曲线形成。
5.一种螺旋式流体机械，包括具有吸气口和排气口的泵外壳；和相互啮合而旋转、分别可自由旋转地收容于所述泵外壳内的一对螺旋转子，在所述泵外壳和各螺旋转子之间形成有多个移送室，所述移送室由两个螺旋转子的啮合部分划分而成，并通过两个螺旋转子的旋转从吸气口侧移送至排气口侧，其特征在于，螺旋转子齿形的垂直于轴的截面形状由构成齿底部的圆弧、构成外周部的圆弧以及连接外周部和齿底部的2条曲线构成，该连接外周部和齿底部的2条曲线中的一条曲线为由相对侧螺旋转子的外周上的点所展成的次摆线曲线，另一条曲线由节圆二等分成节圆至外周部和节圆至齿底部，一方由规定的预先确定的曲线形成，另一方为由相对侧螺旋转子的二等分后一方的规定的预先确定的曲线在啮合时所展成的曲线，从而构成齿型形状。
6.一种螺旋式流体机械，包括具有吸气口和排气口的泵外壳；和相互啮合而旋转、分别可自由旋转地收容于所述泵外壳内的一对螺旋转子，在所述泵外壳和各螺旋转子之间形成有多个移送室，所述移送室由两个螺旋转子的啮合部分划分而成，并通过两个螺旋转子的旋转从吸气口侧移送至排气口侧，其特征在于，螺旋转子齿形的垂直于轴的截面形状由构成齿底部的圆弧、构成外周部的圆弧以及连接外周部和齿底部的2条齿型曲线构成，该连接外周部和齿底部的2条曲线中的一条齿型曲线为不与相对侧螺旋转子的啮合部分干涉，并能够使所述各移送室与相邻的另外的移送室隔开的齿型曲线，另一条齿型曲线通过节圆二等分成节圆至外周部和节圆至齿底部，一方由规定的预先确定的曲线形成，另一方为由相对侧螺旋转子的二等分后一方的规定的预先确定的曲线在啮合时所展成的曲线，从而构成齿型形状。
7.根据权利要求5或6所述的螺旋转子，其特征在于，所述二等分后的一个规定的预先确定的曲线部由圆弧和直线形成。
8.根据权利要求5或6所述的螺旋转子，其特征在于，所述规定的预先确定的曲线部由正弦曲线形成。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种螺旋式流体机械，螺旋式流体机械的泄漏在运转时总是保持不变，即排气室的间隙总是大致保持一定。为此，在螺旋式流体机械中，螺旋转子齿形的垂直于轴的截面形状(805)由构成齿底部的圆弧(1)、构成外周部的圆弧(3)以及连接外周部和齿底部的2条曲线构成，所述连接外周部和齿底部的2条曲线中的一条(5)为由相对侧螺旋转子的外周上的点展成的次摆线曲线，所述2条曲线中的另一条通过节圆二等分成从节圆至外周部和从节圆至齿底部，一方(7)由规定的预先确定的曲线形成，另一方(9)由通过相对侧螺旋转子的该二等分后一方的规定的预先确定的曲线所展成的曲线来形成齿型形状。
文档编号F04C25/02GK1961153SQ200580016889
公开日2007年5月9日 申请日期2005年5月24日 优先权日2004年5月24日
发明者名知毅 申请人:纳博特斯克株式会社