JP2005214103A - スクリュー圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータ間における気体漏れを抑制しつつ、ロータの加工性を向上させることが可能なスクリュー圧縮機を提供する。
【解決手段】 互いに噛み合って回転するとともに、外径が異なる一対のロータ１、２を有するスクリュー圧縮機において、大径ロータ１の軸と小径ロータ２の軸との間の軸間ピッチＣを、大径ロータ１の外径Ａより長く、小径ロータ２の外径Ｂより短くする。さらに、大径ロータ１の外径Ａに対する軸方向長さの比を１以下とし、小径ロータ２の外径Ｂに対する軸方向長さの比を１以上とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、外部から気体を取り込み圧縮して吐出するスクリュー圧縮装置に関するものである。

互いに噛み合う螺旋状の歯溝が形成された一対のロータを有するスクリュー圧縮機では、ロータ間に吸入側と吐出側とを連通するブローホールと呼ばれる空隙から気体漏れが発生する。このようなブローホールからの気体漏れを抑制する技術として、オスロータおよびメスロータそれぞれのロータ外径よりロータ長さを小さくするスクリュー圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１２０７０号公報

しかしながら、特許文献１の記載のスクリュー圧縮機のように、ロータ長さをそれぞれのロータ外径より短くする場合には、各ロータの噛み合い量が多くなり、各ロータの先端にはアンダーカットが発生する。このアンダーカットは特にメスロータで発生しやすい。

図７は、従来技術におけるメスロータの歯先の部分断面図である。図７に示すように、メスロータ歯先の断面プロフィールには、Ｘで示す部位に凹部が形成され、先端部より細くなった部位が存在するアンダーカットが形成されている。このようなアンダーカットが存在することにより、ロータの加工性が悪化することとなる。

本発明は、上記点に鑑み、ロータ間における気体漏れを抑制しつつ、ロータの加工性を向上させることが可能なスクリュー圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、互いに噛み合って回転するとともに、外径が異なる一対のロータ（１、２）を有するスクリュー圧縮機であって、大径ロータ（１）の軸と小径ロータ（２）の軸との間の軸間ピッチ（Ｃ）が、大径ロータ（１）の外径（Ａ）より短く、小径ロータ（２）の外径（Ｂ）より長くなっていることを特徴としている。これにより、ロータ（１、２）間の噛み合い量が小さくなり、各ロータ（１、２）の先端部でのアンダーカットの発生を抑制でき、加工性を向上させることができる。同時にロータ（１、２）間の空気漏れを抑制することができる。

また、請求項２に記載の発明では、大径ロータ（１）は、外径（Ａ）に対する軸方向長さの比が１以下であり、小径ロータ（２）は、外径（Ｂ）に対する軸方向長さの比が１以上であることを特徴としている。このように、各ロータ（１、２）の外径（Ａ、Ｂ）と軸方向長さの比を設定し、特にベアリングへの加重が大きい大径ロータ（１）のベアリング間の距離を短くすることで、軸のたわみによるクリアランスの拡大を小さくすることができる。また、大径ロータ（１）の外径（Ａ）に対する軸方向長さの比を１以下とすることで、気体漏れを抑制することができ、小径ロータ（２）の外径（Ｂ）に対する軸方向長さの比を１以上にすることで、加工性を向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明では、大径ロータ（１）が駆動側ロータであり、小径ロータ（１）が従動側ロータであることを特徴としている。これにより、大径ロータ（１）がモータ等の駆動源の駆動軸上に位置し、小径ロータ（２）が駆動軸上からはみ出すことになる。駆動軸上にない従動側ロータによって生じるデッドスペースを低減することができる。

また、請求項４に記載の発明では、駆動側ロータがオスロータであり、従動側ロータがメスロータであることを特徴としている。このように、内圧によるトルクが小さくなるメスロータを従動側ロータとし、オスロータを駆動側ロータとすることで、ギアのトルク伝達量を低減することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明を適用した一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１はスクリュー圧縮機の断面図であり、図２はスクリュー圧縮機のロータの斜視図である。

本実施形態のスクリュー圧縮機は、ねじ状のオスロータ１およびメスロータ２（図２参照）と、駆動源の回転力によりロータ１、２を回転駆動する回転伝達機構３と、一対のロータ１、２および回転伝達機構３を収納するケーシング４と、駆動源の回転力を受ける入力軸５等から構成されている。なお、図１において一対のロータ１、２は紙面奥側と手前側に並んで配置されている。

オスロータ１およびメスロータ２は、図２に示すように、互いに噛合するように螺旋状の突起部が形成された雄ねじ状に形成されている。図１に示すように、オスロータ１およびメスロータ２は、電動モータ１００等の駆動源から回転力を得た回転伝達機構３により回転駆動される。本実施形態では、オスロータ１が駆動側、メスロータ２が従動側になっており、それぞれ回転軸１ａ、２ａを中心として回転する。従って、駆動源としてのモータ１００はオスロータ１の軸方向の延長線上に配置されることとなる。これらのロータ１、２については後述する。

ケーシング４は、モータ１００側から順に、潤滑ボックス６、ロータハウジング７およびカバー８から構成されている。潤滑ボックス６、ロータハウジング７およびカバー８は、ボルト（図示せず。）等の締結手段によって強固に結合されている。ロータ１、２と回転伝達機構３はそれぞれ離隔した状態でケーシング４内に収納されており、一対のロータ１、２はロータハウジング７内に収納され、回転伝達機構３は循環ボックス６内に収納されている。

潤滑ボックス６内には、回転伝達機構３と、回転伝達機構３に供給される潤滑油とが収納された潤滑油空間９が形成されている。潤滑油としては、例えばエンジンオイルと同程度の粘度を有するオイルを用いることができる。回転伝達機構３を構成する歯車等には、潤滑油空間９内の潤滑油がはねかけられることにより潤滑が行われる。

潤滑ボックス６には、モータ１００から回転力を受ける入力軸５が設けられている。潤滑ボックス６には、モータ１００側に第１ベアリング１１が設けられ、潤滑油空間９側に第２ベアリング１２が設けられており、入力軸５はこれらのベアリング１１、１２を介して潤滑ボックス６に支持されている。また、潤滑ボックス６に形成された入力軸５が挿入される挿通穴の内部には、第１、第２ベアリング１１、１２に供給される潤滑油がケーシング４外に流出するのを阻止するための第１オイルシール１３が装着されている。

ロータハウジング７内には一対のロータ１、２が収納されたロータ室１０が形成されている。ロータハウジング７には、ロータ室１０内に空気を吸入するための吸入口７ａと、ロータ室１０外に空気を吐出するための吐出口７ｂが形成されている。吸入口７ａはロータハウジング７の軸方向端部のうちカバー８側に設けられており、吐出口７ｂはロータハウジング７の軸方向端部のうち潤滑ボックス６側に設けられている。

また、ロータ１、２の外周先端とロータ室１０の内壁との間は、微小な隙間が形成されたシール構造となっている。ロータ１、２とロータ室１０内壁との間には、吸入口７ａから吸入された空気を圧縮するための圧縮室１０ａが形成されている。

上述のように、ロータ１、２は回転伝達機構３により回転駆動される。回転伝達機構３は、入力軸５の回転をオスロータ回転軸１ａとメスロータ回転軸２ａに伝達するとともに、一対のロータ１、２を同期回転させるように構成されている。回転伝達機構３は、モータ１００によって駆動される入力軸５の回転をオスロータ回転軸１ａに同軸上で伝えるカップリング１４と、このカップリング１４からオスロータ回転軸１ａに伝えられた回転をメスロータ回転軸２ａに伝える第１、第２ギヤ１６、１７等から構成される。なお、第１、第２ギヤ１６、１７は、一対のロータ１、２を同期回転させるためのタイミングギヤである。

オスロータ回転軸１ａとメスロータ回転軸２ａは、一端側が第３、第４ベアリング１８、１９を介してロータハウジング７に回転可能に支持され、他端側が第５、第６ベアリング２０、２１を介してカバー８に回転可能に支持されている。

また、ロータハウジング７に形成されたロータ回転軸１ａ、２ａが挿入される挿通穴には、第３、第４ベアリング１８、１９に供給される潤滑油がロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第２、第３オイルシール２２、２３が装着されている。さらに、カバー８に形成されたロータ回転軸１ａ、２ａが挿入される挿通穴にも、第５、第６ベアリング２０、２１に封入されているグリースがロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第４、第５オイルシール２４、２５が装着されている。

次に、本実施形態のスクリュー圧縮機の作動について説明する。

一対のロータ１、２が、回転伝達機構３により同期回転されると、ロータハウジング７のカバー８側に設けられた吸入口７ａから空気が圧縮室１０ａに吸い込まれる。このとき、圧縮室１０ａは、一対のロータ１、２の回転とともに、カバー８側から潤滑油空間９側に移動しながらその体積が縮小していくため、圧縮室１０ａ内の空気は次第に加圧圧縮されながら潤滑油空間９側に移動していく。

そして、一対のロータ１、２の回転角が所定の角度に達すると、圧縮室１０ａがロータハウジング７の潤滑油空間９側に設けられた吐出口７ｂに到達し、それまで密閉されていた圧縮室１０ａが吐出口７ｂにて開放された状態となるので、圧縮室１０ａ内の圧縮された空気が吐出口７ｂから吐出される。

次に、スクリュー圧縮機のロータ１、２について図２〜図６に基づいて詳細に説明する。

図２に示すように、本実施形態では、オスロータ１が大径ロータ、メスロータ２が小径ロータとなっており、オスロータ１の外径Ａの方がメスロータ２の外径Ｂより大きくなっている。また、オスロータ１の軸とメスロータ２の軸との間の長さである軸間ピッチＣは、オスロータ１の外径Ａより短くなっており、メスロータ２の外径Ｂより長くなっている。すなわち、オスロータ１の外径Ａ、メスロータ２の外径Ｂ、オスロータ１およびメスロータ２の軸間ピッチＣは、Ａ＞Ｃ＞Ｂの関係を満たしている。本実施形態では一例として、オスロータの外径Ａを１００ｍｍ、メスロータ２の外径Ｂを６０ｍｍ、オスロータ１およびメスロータ２の軸間ピッチＣを６４ｍｍとしている。さらに、オスロータ１は外径Ａに対する軸方向長さの比が１以下となるように設定され、メスロータ２は外径Ｂに対する軸方向長さの比が１以上となるように設定されている。

図３は、メスロータ２の歯先の部分断面図である。図３に示すように、本実施形態のメスロータ２の歯先には凹部が形成されておらず、アンダーカットが形成されていない。

図４はロータ１、２の軸間ピッチＣを６４ｍｍにした場合のメスロータ２の外径Ｂとアンダーカット量との関係を示している。図５はロータ１、２の軸間ピッチＣを６４ｍｍにした場合のメスロータ２の外径Ｂと漏れ部（ブローホール）の面積との関係を示している。図４、図５中のｒ１〜ｒ３は、メスロータ２の歯先の曲率半径であり、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３の関係を満たしている。

図６は、アンダーカット量の考え方を説明するためのメスロータ２の先端部の部分断面図である。図６に示すように、ロータ先端部の断面プロフィールに対する接線とロータ中心点Ｏと間の距離ｇをアンダーカット量としている。

図４に示すように、メスロータ歯先の曲率半径ｒ１〜ｒ３により若干の違いがあるものの、メスロータ２の外径Ｂが概ね６４ｍｍ以上の領域で、ロータ１、２間の噛み合い量が大きくなり、アンダーカット量の上昇率が高くなっていると考えられる。したがって、メスロータ２の外径Ｂを軸間ピッチＣより短くすることで、ロータ１、２間の噛み合い量を小さくして、メスロータ２の先端に生じるアンダーカット量を小さくすることができることがわかる。また、図５から、メスロータ２の外径Ｂを小さくすることで、漏れ部の面積を小さくできることがわかる。

以上、本実施形態のように、一対のロータ１、２の軸間ピッチＣを、大径ロータとしてのオスロータ１の外径Ａより小さく、小径ロータとしてのメスロータ２の外径Ｂより大きくすることで、各ロータ１、２の噛み合い量が小さくなり、各ロータ１、２の先端部でのアンダーカットの発生を抑制できる。これにより、加工性を向上させることができる。同時にオスロータ１とメスロータ２との間の空気漏れを抑制することができる。

また、各ロータ１、２の外径Ａ、Ｂと軸方向長さの比を設定し、特にベアリングへの加重が大きいオスロータ１のベアリング間の距離を短くすることで、軸のたわみによるクリアランスの拡大を小さくすることができる。さらに、大径ロータ１の外径Ａに対する軸方向長さの比を１以下とすることで、気体漏れを抑制することができ、小径ロータ２の外径Ｂに対する軸方向長さの比を１以上にすることで、加工性を向上させることができる。

また、大径ロータとしてのオスロータ１を駆動側とし、小径ロータとしてのメスロータ２を従動側とすることにより、大径ロータ１がモータ１００の駆動軸上に位置し、小径ロータ２が駆動軸上からはみ出すことになる。これにより、はみ出す部分の体積を小さくすることができ、駆動軸上にない従動側ロータによって生じるデッドスペースを低減することができる。

また、スクリューの構成上、内圧によるトルクが小さくなるメスロータ２を従動側ロータとし、オスロータ１を駆動側ロータとすることで、ギアのトルク伝達量を低減することができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、大径ロータをオスロータとし、小径ロータをメスロータとしたが、これに限らず、大径ロータをメスロータとし、小径ロータをオスロータとしてもよい。この場合にも、ロータ間における気体漏れを抑制しつつ、各ロータでのアンダーカットの発生を抑制できる。

上記実施形態のスクリュー圧縮機の断面図である。 スクリュー圧縮機のロータの斜視図である。 メスロータの歯先の部分断面図である。 メスロータの外径とアンダーカット量との関係を示す特性図である。 メスロータの外径と漏れ部（ブローホール）の面積との関係を示す特性図である。 メスロータの先端部の部分断面図である。 従来技術におけるメスロータの歯先の部分断面図である。

符号の説明

１…オスロータ、２…メスロータ、４…ケーシング、６…潤滑ボックス、７…ロータハウジング、８…カバー、９…潤滑油空間、１０…ロータ室、１１、１２…ベアリング、１３…オイルシール、１６、１７…ギア、１８、１９、２０、２１…ベアリング、２２、２３、２４、２５…オイルシール、１００…電動モータ、Ａ…オスロータの外径、Ｂ…メスロータの外径、Ｃ…ロータの軸間ピッチ。

Claims (4)

1. 互いに噛み合って回転するとともに、外径が異なる一対のロータ（１、２）を有するスクリュー圧縮機であって、大径ロータ（１）の軸と小径ロータ（２）の軸との間の軸間ピッチ（Ｃ）が、前記大径ロータ（１）の外径（Ａ）より短く、前記小径ロータ（２）の外径（Ｂ）より長くなっていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 前記大径ロータ（１）は、外径（Ａ）に対する軸方向長さの比が１以下であり、前記小径ロータ（２）は、外径（Ｂ）に対する軸方向長さの比が１以上であることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
3. 前記大径ロータ（１）が駆動側ロータであり、前記小径ロータ（１）が従動側ロータであることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリュー圧縮機。
4. 前記駆動側ロータがオスロータであり、前記従動側ロータがメスロータであることを特徴とする請求項３に記載のスクリュー圧縮機。
   

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