JP2001519503A - スクリュー式コンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 スクリュー式コンプレッサは、各々に軸（１８，２４）及びねじロータ（２０，２６）が設けられた一次ロータ（１４）と二次ロータ（１６）とを内装するハウジング（１２）を備えている。前記二次ロータ（１６）は、前記一次ロータ（１４）によって軸方向に支持されている。前記一次ロータ（１４）のみが、前記ハウジング（１２）の軸方向軸支承部分（６６）内に支持された軸方向軸支承部分（２２）を備えている。前記二次ロータと前記ハウジングとの間の軸方向軸受の省略は、前記二次ロータの支持を単純化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、夫々が軸及びねじロータを有する一次ロータと二次ロータとを内装
するハウジングを備えたスクリュー式コンプレッサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

スクリュー式コンプレッサは、空気等のガス状物質を圧縮し、それを圧縮ガス
として利用可能にするために使用されている。ＤＥ−Ａ−４２ ２７ ３３２か
らは、モータ駆動の一次ロータが二次ロータを駆動するスクリュー式コンプレッ
サが知られている。一次及び二次ロータの軸は、それらの両端がころ軸受により
径方向に支持されている。さらに、２つのロータの各軸は、一端で複数の玉軸受
により軸方向に支持されている。前記軸方向の軸受は、ガスを圧縮する間にねじ
ロータ間に発生する力を一次及び二次ロータの軸方向へ伝える。転がり軸受は動
作中に熱を発生し、これにより軸内の非均一的な熱伝達、つまり応力が生じる。
ＤＤ−ＰＳ ８４ ８９１及びＵＳ−Ａ−３８ １１ ８０５からは、一次及び
二次ロータの各々に、滑り軸受として構成され、従って熱の発生が少ない軸方向
の軸受が設けられたコンプレッサが知られている。ＵＳ ３２ ７５ ２２６は
、一次及び二次ロータが転がり軸受によって軸方向に支持されており、一次ロー
タがディスクによって軸方向に追加的に支持されているスクリュー式コンプレッ
サについて説明している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】

一次及び二次ロータ用のこの多数の軸受は、公知のスクリュー式コンプレッサ
の構成を複雑にし、その製造を高価なものにしている。

【０００４】 本発明の目的は、スクリュー式コンプレッサにおける一次及び二次ロータの支
持を単純化して改善することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この目的は、請求項１に記載された特徴を有する本発明によって達成される。 本発明に係るスクリュー式コンプレッサにおいては、二次ロータが一次ロータ
によって軸方向に支持されている。前記一次ロータのみがハウジングの軸方向軸
支承部分に支持された軸方向軸支承部分を備えている。従って、前記二次ロータ
は、径方向軸受を介してのみ前記ハウジングに直接支持される。前記二次ロータ
は、それ自体の軸方向軸受を介して前記ハウジングに直接的に支持されることは
なくなる。前記二次ロータの軸方向の力は、そのねじロータを介して前記一次ロ
ータのねじロータへ伝えられる。前記一次ロータ及び前記ハウジングの軸方向軸
支承部分によって形成された前記一次ロータの軸方向軸受は、このようにして前
記一次ロータ及び前記二次ロータの全ての軸方向の力を吸収する。

【０００６】 二次ロータとハウジングとの間の前記軸方向軸受を省略することによって、前
記一次及び二次ロータの支持に関する全体的な複雑さは、少なくとも１つの（軸
方向）軸受の分だけ低減される。

【０００７】 前記ハウジングによって支持された軸方向軸受は、前記一次ロータ用にのみ提
供されており、ガス圧縮の間に発生する前記軸方向の力の大部分は、前記軸受に
作用する。ガス圧縮の間に発生する前記軸方向の力のうちの極めて微量が作用す
る前記二次ロータは、そのねじロータの歯面を介して前記一次ロータのねじロー
タに支持される。

【０００８】 前記一次ロータには、前記二次ロータよりも大きな軸方向の力が作用するため
、前記軸方向軸受のみが設けられている。このような構成においては、前記二次
ロータの比較的小さい軸方向の力のみが、前記ねじロータの歯を介して前記一次
ロータに伝わればよい。一般的には、前記二次ロータは軸方向軸受を介して前記
ハウジングに支持されることが可能であるが、前記一次ロータは、前記ねじロー
タを介して前記二次ロータで軸方向に支持されるため、前記ハウジングに連結さ
れたそれ自体の軸方向軸受を備えていない。

【０００９】 好ましい実施形態においては、軸方向軸支承部分によって形成される軸方向軸
受が滑り軸受として構成されている。径方向軸受も、滑り軸受として実施するこ
とが可能である。前記軸方向の滑り軸受の構成は、転がり軸受の構成よりも単純
であり、スクリュー式コンプレッサの低コスト製造を容易にする。滑り軸受には
、気になる熱を発生しないために、高速時でもロータ軸に応力が生じないでいる
という利点が更にある。前記滑り軸受は、スクリュー式コンプレッサの圧縮室に
おける潤滑剤及びシーリング剤としても使用されるのと同一の媒体を用いて潤滑
することが可能である。油又は水を、滑り液、潤滑剤、及びシーリング液として
使用することが可能であるが、空気を滑り軸受液として使用することも可能であ
る。

【００１０】 前記一次ロータがベルト駆動である場合、滑り軸受は極めて大きい径方向応力
への対応には不向きであることから、駆動側の径方向軸受には転がり軸受を使用
することが好ましい。

【００１１】 好ましい実施形態においては、前記二次ロータは、前記ねじロータの噛合歯の
みを介して前記一次ロータによって軸方向に支持されている。前記ねじロータの
歯は、前記二次ロータ上には非常に小さい軸方向の力しか発生しないような、又
は全く軸方向の力が発生しないような構成とすることが可能であるため、前記二
次ロータのこれらの小さい軸方向の力は、前記ねじロータの歯を介して前記一次
ロータへと問題なく伝えられる。前記軸方向の力を前記二次ロータから前記一次
ロータへと伝える更なる手段は不要である。

【００１２】 前記二次ロータは、好ましくは前記二次ロータを軸方向に付勢させる軸方向圧
力手段を備えている。該軸方向圧力手段は、前記二次ロータを支持することがで
きる停止体を備えていないが、前記二次ロータに、好ましくは前記二次ロータの
軸に、一定の付勢力を与える。該付勢力は、実質的に、ガス圧縮の間に前記二次
ロータに作用すると予測される軸方向の力に対応している。従って、前記圧力手
段は、実質的に前記二次ロータに作用する軸方向の力を吸収するため、前記二次
ロータから前記一次ロータへは非常に小さい軸方向の力が伝わるだけでよい、又
は全く伝わらなくてもよい。好ましい実施形態においては、この軸方向圧力手段
は、前記二次ロータの軸又はねじロータ上に作用する液圧式の圧力手段として構
成されている。該圧力手段は、空気を供給することも可能である。

【００１３】 前記一次ロータの軸方向軸支承部分は、好ましくは前記一次ロータのねじロー
タに配置される。前記ハウジングに支持されるのは、前記一次ロータの軸ではな
く、前記一次ロータのねじロータである。圧力の生成によって発生する軸方向の
力と前記二次ロータによって伝えられる軸方向の力とが発生するねじロータは、
前記ハウジングによって直接支持され、前記ハウジングは他の構成要素を介した
如何なる伝達なしに前記軸方向の力を吸収する。つまり、前記一次ロータは前記
軸に軸方向の応力を一切与えないので、前記軸は対応するトルク及び剪断力によ
るより小さい負荷が掛かる。

【００１４】 好ましい実施形態においては、前記一次ロータの軸方向軸支承部分は、前記ね
じロータの軸方向の前壁として構成されている。前記ハウジングの軸方向軸支承
部分は、２つの軸方向軸支承部分が共に前記滑り軸受を形成している環状ディス
ク形状の可動面としてなされてある。従って、前記一次ロータのねじロータの前
壁は、前記ハウジングのリング状の可動面上に支持される軸受面を形成している
。この構成においては、前記一次ロータ上には、軸受に特定した部分が設けられ
ていてはならない。これが前記一次ロータの製造をより安価なものとする。

【００１５】 代わりの実施形態においては、前記一次ロータは、前記ねじロータの軸方向の
前端面に滑り軸支承盤を備え、これは、前記ハウジングの軸方向軸支承部分の可
動面と共に前記滑り軸受を形成している。前記一次ロータのロータの前端面には
リング状の滑り軸支承盤が設けられており、閉ざされた径方向の可動面を形成し
ている。

【００１６】 前記ねじロータの前壁又は前記滑り軸支承盤は、好ましくは、滑り液用の実質
的に径方向の溝を備えている。該滑り液は、前記ねじロータの軸付近又は基部に
導入され、求心力によって前記溝を介して外部へと供給されることができる。こ
のようにして、前記ねじロータの径方向及び周面の全体に亘って滑り膜が生成さ
れる。

【００１７】 好ましい実施形態においては、前記溝は弧状経路をなし、各溝の外側端は径方
向視で前記ロータの回転とは反対方向に曲げられている。これにより、前記ねじ
ロータの径方向及び周面の全体に亘って滑り液が極めて均質に分配される。

【００１８】 前記溝は、好ましくはＴ字状であり、その垂直部分は径方向に配置され、その
水平部分は周方向に沿って接線方向に配置されている。前記Ｔ字状の溝は、前記
一次ロータの両運転方向において前記滑り軸受の良好な潤滑を可能にしている。

【００１９】 好ましい実施形態においては、前記二次ロータのねじロータの前端面は、前記
一次ロータの滑り軸支承盤によって軸方向に支持されている。前記二次ロータの
ロータ歯の前面は、滑り軸支承盤のロータ側端に隣接している。従って、前記二
次ロータの軸方向の支持は、より大きな軸方向の力をも伝えることができるよう
に単純な手段によって実現されている。

【００２０】 好ましい実施形態においては、前記一次ロータのロータ、軸、及び滑り軸支承
盤が一体形成されている。前記一次ロータは、凹状鋳型内での鋳造、射出成形等
によって複合材料から製造することが可能である。

【００２１】 代わりに、前記滑り軸支承盤を別個に形成した上で、前記一次ロータの軸及び
／又はねじロータに鋳造、ボルト締め、又はその他の方法によって固定すること
ができる。前記滑り軸支承盤と前記一次ロータとを別個に製造する場合には、軸
、ロータ、及び滑り軸支承盤用に、個々の構成要素の夫々の物理的要件に更に良
く適応することができるように異なる材料を選択することが可能である。前記ね
じロータは、例えば、従来の方法によって複合材料から圧延加工し、その後で金
属製の滑り軸支承盤を前記ねじロータにボルト締めすることが可能である。

【００２２】 好ましい実施形態によれば、前記一次ロータ又は前記二次ロータの軸に、径方
向軸受の特殊な可動層が施されている。前記一次ロータは、例えば、一体的に製
造することが可能であり、また、これに続いて径方向軸受用のスーパーグライデ
ィング剤を軸に施すことが可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 図１は、空気等の油を含まない圧縮ガスの生成に利用されるスクリュー式コン
プレッサ１０を示している。このスクリュー式コンプレッサ１０は、ハウジング
１２を備え、該ハウジング１２内には、一次ロータ１４及び二次ロータ１６が互
いに軸を平行に配置されている。一次ロータ１４は、軸１８と、ねじロータ２０
と、一次ロータ１４の軸方向の軸支承部分として機能する滑り軸支承盤２２とを
実質的に備えている。二次ロータ１６には、軸２４と、ねじロータ２６とが実質
的に設けられている。二次ロータの軸２４及びねじロータ２６の両方は、一次ロ
ータ１４の軸１８及びねじロータ２０よりも小さい径を有している。一次ロータ
１４及び二次ロータ１６の両方は、複合材料から一体的に製造される。

【００２４】 一次ロータ１４は、ハウジング１２から延びる軸スタブ２８を介して駆動され
ることが可能である。この駆動は、好ましくは一次ロータの長手軸にその軸を心
合わせされた電動モータによりなされる。

【００２５】 一次ロータ１４上に作用する径方向の力を吸収するために、一次ロータの軸１
８は、２つの径方向軸受３０，３２を介してハウジング１２内に支持されている
。二次ロータ１６も、２つの径方向軸受３４，３６を介してハウジング１２内に
支持されている。全ての径方向軸受３０，３２，３４，３６は、滑り軸受として
形成されている。ハウジング１２によって囲まれた、内部に一次ロータのねじロ
ータ２０及び二次ロータのねじロータ２６が配置されている空間は、ガスが圧縮
されるスクリュー式コンプレッサ１０の圧縮室２７を形成している。ハウジング
１２は、軸スタッド２８側に、圧縮されるべきガスが圧縮室２７へと流れていく
ことができる図示しないガス用の開口を備えている。ガスは、ねじロータ２０，
２６の複数の歯２１，２５によって形成されるチャンバ、即ち圧縮室２７におい
て圧縮され、圧縮室２７の反対側の軸方向端で、図示しないハウジングの開口を
介して圧縮された状態で吐出される。スクリュー式コンプレッサ又は一次及び二
次ロータ１４，１６のこの吐出側は、送給側と呼ばれる。

【００２６】 径方向軸受３０，３２及び３６は、略同一の構成を有している。水等の滑り液
は、滑り液注入口３８，３９，４１を介して環状溝４４へと流れ入る。各軸１８
，２４上には、環状溝４４に囲まれて軸受ブッシュ４６が３つの径方向の孔４８
を備えており、滑り液はこれらの孔を介して対応する軸１８，２４の外周上へと
流れていくことができる。

【００２７】 ２つの送給側の径方向軸受３２，３６の上には、滑り液が軸１８，２４に沿っ
て軸方向に分配され、圧縮室２７に向かって流れる滑り液は、環状溝５０及び回
収管路５２，５４を介して滑り液回収室５７へと供給される。滑り液は、２つの
孔５６，５８を介して圧縮室２７へと注入される。

【００２８】 一次ロータ１４の駆動側の径方向軸受３０においては、滑り液は、軸受ブッシ
ュ４６に沿って軸方向の両側へ、即ち滑り液吐出６０の方向及び滑り軸支承盤２
２の方向の両方へ流れる。

【００２９】 二次ロータ１６の送給側でない方の径方向軸受３４においては、滑り液が軸方
向の軸穴６２及び軸２４の互いに１２０゜で相対配置された３つの径方向の孔６
４から軸の周面又は軸受ブッシュ４７へと流れる。滑り液は、そこから軸の周面
上を圧縮室２７に向かって流れる。

【００３０】 一次ロータ１４は、滑り軸受として構成された軸方向軸受１５を備えている。
該軸方向軸受１５の一方の軸方向軸支承部分は、ねじロータ２０の前端面に配置
され、前記ねじロータ２０を軸方向に止める滑り軸支承盤２２によって形成され
ている。この軸方向軸受の他方の部分は、ハウジング１２の環状ディスク形状の
可動面６６によって形成されている。滑り軸支承盤２２の環状ディスク形状の可
動面６６，６８及びハウジング１２は共に、一次ロータ１８のねじロータ２０を
直接ハウジング１２で支持する滑り軸受を形成している。

【００３１】 軸方向軸受１５用の滑り液は、環状溝７２の取入口７０を介して、滑り軸支承
盤２２にまで軸方向に延びる一次ロータの軸１８へ供給される。滑り液は、実質
的に圧縮ガスの圧力に相当する約１０バールの圧力で供給される。

【００３２】 図２においては、滑り軸支承盤２２は、径方向の外側へと一点に向かう先細り
の弧状に延びる複数の溝２３を備えており、滑り液は、一次ロータ１４の回転中
に発生する求心力によって、これらの複数の溝２３を介して外部へ供給される。
滑り液は、滑り軸支承盤２２の溝２３を出て、軸方向軸受１５の可動面６６，６
８の間に液膜を形成し、これが滑り支持を確実にする。滑り液は、外部へと流れ
ていき、最終的に圧縮室２７へ入る。

【００３３】 二次ロータ１６のねじロータ２６の歯２５は、一次ロータ１４のねじロータ２
０の歯２１と噛み合っている。二次ロータ１６の軸方向の力は、歯２１及び２５
の歯面を介して一次ロータ１４の歯２１へ伝達される。

【００３４】 二次ロータ１６の軸２４の前端面７４の領域においては、液室７６がハウジン
グ１２のカバー７８に収められており、径方向軸受３４用の滑り液が取入口４０
を介してここに供給される。滑り液は、約１０バールの液圧で軸２４の前端面７
４上に作用し、このようにして二次ロータ１６に軸方向の力を加える。この力を
加えることにより、ガス圧の生成中に発生して二次ロータ１６に作用する軸方向
の力を相殺する。従って、この構造は、二次ロータ１６を軸方向に緩衝する空気
圧による圧力手段として機能するが、所定の軸方向位置に二次ロータ１６を固定
させる如何なる停止手段も備えていない。

【００３５】 二次ロータの軸方向圧力手段８０及び軸支持体の他に、二次ロータは、更にね
じロータ２０，２６を介して、二次ロータのねじロータ２６の歯２５の前端面８
３を支持する滑り軸支承盤２２の後側８２で支持されている。

【００３６】 図３は、Ｔ字状の滑り液用溝８４が配置された滑り軸支承盤２２’の第２の実
施形態を示している。垂直溝８５が放射状に配置され、水平溝が接線方向に配置
されている。この形状の溝８４においては、一次ロータ１４’は両回転方向に適
切な潤滑を保証されて両回転方向に動作することが可能である。

【００３７】 図４は、滑り軸支承盤が設けられていないが、歯２５の前端面８８が滑り軸受
面として機能する一次ロータ１４”の他の実施形態を示している。滑り液をより
良く分配させるように、弧状の溝８９が前端面８８に配置されている。

【００３８】 図５には、複合材料又は金属材料等からねじロータ９４と一体的に製造された
軸９２と、良好な滑り特性を有する材料から製造された滑り軸支承盤２２’の２
つの部分を実質的に備える一次ロータ９０が示されている。滑り軸支承盤２２に
は、ねじロータ９４の嵌合穴に嵌め込まれる４つの軸駆動用突起９５が設けられ
ている。

【００３９】 図６に示す如く、滑り軸支承盤２２’は軸９２に押し付けられ、駆動用突起９
５はねじロータ９４の嵌合開口に挿入される。滑り軸支承盤２２’は、次いで、
ねじロータ９４にボルト締めされる。

【００４０】 代わりに、滑り軸支承盤を個別に製造することもでき、また、その上で一次ロ
ータ９０が鋳造された際に前記一次ロータ９０と一体的に成形することも可能で
ある。図７は、図１の一次ロータ１４を示している。

【００４１】 図８には、ねじロータ２６の両側の軸１８上に径方向の軸支承可動層１０２が
施された一次ロータが示されている。これは、軸材料より良好な滑り特性を示し
、所謂スーパーグライディング材料から製造されることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 軸方向滑り軸受を有する一次ロータと、前記一次ロータによって
軸方向に支持された二次ロータとを備えるスクリュー式コンプレッサを示してい
る。

【図２】 前記一次ロータの軸方向軸支承部分の第１の実施形態を示してい
る。

【図３】 前記一次ロータの軸方向軸支承部分の第２の実施形態を示してい
る。

【図４】 前記一次ロータの軸方向軸支承部分の第３の実施形態を示してい
る。

【図５】 別個の滑り軸支承盤を有する一次ロータの第１の実施形態を示し
ている。

【図６】 一次ロータと、図５の取り付けられた滑り軸支承盤とを示してい
る。

【図７】 一体式の一次ロータの第２の実施形態を示している。

【図８】 その軸に径方向の軸支承可動層が施された一次ロータの第３の実
施形態を示している。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々に軸（１８，２４）及びねじロータ（２０，２６）が設
   けられた一次ロータ（１４）と二次ロータ（１６）とを内装したハウジング（１
   ２）を備えるスクリュー式コンプレッサにおいて、 前記二次ロータ（１６）が前記一次ロータ（１４）によって軸方向に支持され
   ており、前記一次ロータ（１４）のみが、前記ハウジング（１２）に固定された
   軸方向軸支承部分（６６）に支持されて回転する軸方向軸支承部分（２２）を備
   えることを特徴とするスクリュー式コンプレッサ。
2. 【請求項２】 前記軸方向軸支承部分（２２，６６）によって形成される軸
   方向軸受（１５）は、滑り軸受からなることを特徴とする請求項１記載のスクリ
   ュー式コンプレッサ。
3. 【請求項３】 前記二次ロータ（１６）は、前記ねじロータ（２０，２６）
   の噛合歯（２１，２５）を介してのみ前記一次ロータ（１４）により軸方向に支
   持されていることを特徴とする請求項１又は２記載のスクリュー式コンプレッサ
   。
4. 【請求項４】 前記二次ロータ（１６）を吐出側へ軸方向に付勢する軸方向
   圧力手段（８０）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに
   記載のスクリュー式コンプレッサ。
5. 【請求項５】 前記軸方向圧力手段（８０）は、前記二次ロータ（１６）の
   前記軸（２４）又は前記ねじロータ（２６）に作用する液圧式の圧力手段からな
   ることを特徴とする請求項４記載のスクリュー式コンプレッサ。
6. 【請求項６】 前記一次ロータ（１４）の軸方向軸支承部分（２２）は、前
   記ねじロータ（２０）に配されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか
   に記載のスクリュー式コンプレッサ。
7. 【請求項７】 前記ねじロータ（２０’）の軸方向の前壁（８８）が前記一
   次ロータ（１４”）の軸方向軸支承部分からなり、環状の可動面（６６）が前記
   ハウジング（１２）の軸方向軸支承部分からなり、両軸方向軸支承部分（８８，
   ６６）が前記滑り軸受をなしていることを特徴とする請求項６記載のスクリュー
   式コンプレッサ。
8. 【請求項８】 前記一次ロータ（１４）は、前記ねじロータ（２０）の吸入
   側の軸方向前端面に前記軸方向軸支承部分を形成してなる滑り軸支承盤（２２）
   を備え、該滑り軸支承盤（２２）は、軸方向軸支承部分の可動面（６６）と共に
   前記滑り軸受のハウジング（１２）をなしていることを特徴とする請求項６記載
   のスクリュー式コンプレッサ。
9. 【請求項９】 前記ねじロータの前壁（８８）と前記滑り軸支承盤（２２）
   とは、滑り液用の実質的に径方向の溝（２３，８９）を備えることを特徴とする
   請求項７又は８記載のスクリュー式コンプレッサ。
10. 【請求項１０】 前記溝（２３，８９）は、弧状経路を描くべくなしてある
    ことを特徴とする請求項９記載のスクリュー式コンプレッサ。
11. 【請求項１１】 前記溝（８４）は、Ｔ字状をなしていることを特徴とする
    請求項９記載のスクリュー式コンプレッサ。
12. 【請求項１２】 前記二次ロータのねじロータ（２６）の前面は、前記一次
    ロータ（１４）の滑り軸支承盤（２２）により軸方向に支持されてあることを特
    徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載のスクリュー式コンプレッサ。
13. 【請求項１３】 前記一次ロータ（１４）の前記ねじロータ（２０）、前記
    軸（１８）、及び前記滑り軸支承盤（２２）は、一体形成されていることを特徴
    とする請求項１乃至１２の何れかに記載のスクリュー式コンプレッサ。
14. 【請求項１４】 前記滑り軸支承盤（２２’）は、一次ロータ（９０）の軸
    （９２）又はねじロータ（９４）に鋳造、ボルト締め、又はその他の方法によっ
    て連結されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載のスクリュー式
    コンプレッサ。
15. 【請求項１５】 径方向の軸支承可動層（１０２）は、前記一次及び／又は
    二次ロータ（１４，１６）の軸（１８）に施されることを特徴とする請求項１乃
    至１４の何れかに記載のスクリュー式コンプレッサ。