JP2010001873A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】運転中の熱膨張に拘わらず、ゲートロータの歯の摩耗を抑制する。
【解決手段】ゲートロータ（50）の平歯（51）は、ゲートロータ（50）の径方向における平歯（51）の弾性変形を促進させる径方向変形促進部（53）を備えている。径方向変形促進部（53）は、例えば、平歯（51）の歯幅方向に延びる第１切り欠き溝（53）である。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリュー圧縮機に関し、特に、ゲートロータ歯の摩耗対策に係るものである。

従来より、冷凍空調用などの圧縮機として用いられるシングルスクリュー圧縮機が知られている。例えば特許文献１のシングルスクリュー圧縮機は、外周面に複数の螺旋溝を有するスクリューロータと、複数の歯を有する円板状の２枚のゲートロータとを備えている。スクリューロータは、圧縮機のケーシング内に設けられている円筒壁内に回転可能に嵌合し、歯先外周面が該円筒壁に包囲されている。また、ゲートロータは、歯が円筒壁を貫通してスクリューロータと噛み合うように構成されている。２つのゲートロータは、軸心がスクリューロータの軸心と直交し、スクリューロータを挟んで対称に設けられている。そして、円筒壁の内周面と、スクリューロータの歯溝と、ゲートロータの歯により、円筒壁内に２つの圧縮室が形成されている。

このシングルスクリュー圧縮機では、スクリューロータの回転に伴って、ゲートロータの歯がスクリューロータの歯溝を移動し、圧縮室の容積が拡大後に縮小する動作を繰り返す。圧縮室の容積が拡大する間は、冷媒が圧縮室へ吸入され、圧縮室の容積が縮小を始めると吸入された冷媒が圧縮される。そして、圧縮室である歯溝が吐出口に連通すると、圧縮された高圧冷媒が圧縮室から吐出される。

しかしながら、一般に、ゲートロータが樹脂製である一方、スクリューロータが金属製であることから、スクリューロータの歯溝に噛み合うゲートロータの歯先が摩耗してしまうという問題がある。ゲートロータの歯が摩耗すると、ゲートロータの歯とスクリューロータの歯溝との間に隙間が生じて、圧縮室の冷媒（ガス）が漏れてしまい、圧縮効率の低下を招いてしまう。

これに対し、例えば特許文献２に開示されているスクリュー圧縮機では、ゲートロータにおける歯先部分に可撓部材を固着することによって、上記ゲートロータ歯先の摩耗を防止しようとしている。
特開２００４−３２４６０１号公報 実開平１−１４４４８８号公報

しかし、上記特許文献２のようにゲートロータの歯先部分に可撓部材を固着させたとしても、スクリュー圧縮機の運転中にゲートロータの歯が熱膨張すると、その歯先の可撓部材がスクリューロータの歯溝側に大きく移動して接近することとなる。その結果、ゲートロータ歯先の可撓部材と、スクリューロータ歯溝との摩擦が大きくなることが避けられず、実際には可撓部材に大きな摩耗が生じてしまうという問題がある。

また、圧縮室に液冷媒が混入して液圧縮した場合等、スクリュー圧縮機の異常運転時には、上記摩耗の問題は顕著になる。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、運転中の熱膨張に拘わらず、ゲートロータの歯の摩耗を可及的に抑制することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、ゲートロータ（50）の平歯（51）の弾性変形を促進させる変形促進部を、当該平歯（51）に設けるようにした。

具体的に、第１の発明は、外周面に螺旋状の歯溝（41）を有し、円筒壁（30）に回転可能に嵌合するスクリューロータ（40）と、上記円筒壁（30）を貫通して上記スクリューロータ（40）の歯溝（41）と噛み合う平歯（51）を有し、軸心が上記スクリューロータ（40）の軸心と直交する円板状のゲートロータ（50）とを備えているスクリュー圧縮機を対象としている。そして、上記ゲートロータ（50）の平歯（51）は、上記ゲートロータ（50）の径方向における該平歯（51）の弾性変形を促進させる径方向変形促進部（53）を備えている。

第１の発明では、円筒壁（30）の内部でスクリューロータ（40）が回転すると、当該スクリューロータ（40）の歯溝（41）と平歯（51）が噛み合って移動することにより、ゲートロータ（50）が回転してスクリュー圧縮機が圧縮動作する。

圧縮動作が連続して行われると、ゲートロータ（50）やスクリューロータ（40）が加熱されて熱膨張する。これらが熱膨張することによって、その平歯（51）先端はスクリューロータ（40）の歯溝（41）側に相対移動して当該歯溝（41）の底面に押し付けられることとなる。

ところが、本発明では、ゲートロータ（50）の径方向における平歯（51）の弾性変形を促進させる径方向変形促進部（53）が、当該平歯（51）に設けられているため、上述のように平歯（51）先端が歯溝（41）底面に押し付けられたとしても、径方向変形促進部（53）によって平歯（51）の弾性変形が促進され、平歯（51）先端は歯元側へ容易に移動する。したがって、ゲートロータ（50）が熱膨張したとしても、その平歯（51）先端とスクリューロータ（40）の歯溝（41）底面との間の摩擦抵抗が低減される結果、平歯（51）の摩耗が効果的に抑制されることとなる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記径方向変形促進部（53）は、上記平歯（51）の歯幅方向に延びる第１切り欠き溝（53）であることを特徴とする。

第２の発明では、径方向変形促進部（53）としての第１切り欠き溝（53）が平歯（51）の歯幅方向に延びるように形成されていることから、当該第１切り欠き溝（53）が、歯溝（41）底面に押し付けられた平歯（51）先端の逃げしろとなる。すなわち、平歯（51）先端が歯溝（41）底面に押し付けられてゲートロータ（50）の径方向内側に移動した際に、第１切り欠き溝（53）はその溝幅が狭くなるように変形する。したがって、第１切り欠き溝（53）が収縮変形することによって、平歯（51）の弾性変形は促進されることとなる。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記第１切り欠き溝（53）は、上記平歯（51）における圧縮側とは反対側の表面に形成されている。

第３の発明では、第１切り欠き溝（53）が平歯（51）における圧縮側とは反対側、つまり低圧側である吸入側の表面に形成されている（切り欠き溝の深さは吸入側の表面からシールラインまで）ことから、圧縮による負荷は直接に第１切り欠き溝（53）に加わらない。したがって、第１切り欠き溝（53）を設けながらも、ゲートロータ（50）の圧縮に対する強度を維持することが可能になる。

第４の発明は、上記第２の発明において、上記第１切り欠き溝（53）は、上記平歯（51）における上記ゲートロータ（50）の径方向中央よりも歯先側に配置されている。

第４の発明では、第１切り欠き溝（53）が歯先側に配置されていることから、平歯（51）先端が歯元側へ移動し易くなり、平歯（51）の弾性変形がより促進される。

第５の発明は、上記第１の発明において、上記ゲートロータ（50）の平歯（51）は、該平歯（51）の歯幅方向の弾性変形を促進させる幅方向変形促進部（54）を備えている。

また、第６の発明は、外周面に螺旋状の歯溝（41）を有し、円筒壁（30）に回転可能に嵌合するスクリューロータ（40）と、上記円筒壁（30）を貫通して上記スクリューロータ（40）の歯溝（41）と噛み合う平歯（51）を有し、軸心が上記スクリューロータ（40）の軸心と直交する円板状のゲートロータ（50）とを備えているスクリュー圧縮機を対象としている。そして、上記ゲートロータ（50）の平歯（51）は、該平歯（51）の歯幅方向の弾性変形を促進させる幅方向変形促進部（54）を備えている。

上記第５及び第６の発明では、圧縮動作が連続して行われると、ゲートロータ（50）やスクリューロータ（40）が加熱されて熱膨張する。これらが熱膨張することによって、その平歯（51）側端は歯幅方向外側に相対移動して歯溝（41）の側面に押し付けられることとなる。

ところが、本発明では、平歯（51）の歯幅方向の弾性変形を促進させる幅方向変形促進部（54）が、当該平歯（51）に設けられているため、上述のように平歯（51）側端が歯溝（41）側面に押し付けられたとしても、幅方向変形促進部（54）によって平歯（51）の弾性変形が促進され、平歯（51）側端は当該平歯（51）の歯幅方向中央側へ容易に移動する。したがって、ゲートロータ（50）が熱膨張したとしても、その平歯（51）側端とスクリューロータ（40）の歯溝（41）側面との間の摩擦抵抗が低減される結果、平歯（51）の摩耗が効果的に抑制されることとなる。

第７の発明は、上記第６の発明において、上記幅方向変形促進部（54）は、上記ゲートロータ（50）の径方向に延びる第２切り欠き溝（54）である。

第７の発明では、幅方向変形促進部（54）としての第２切り欠き溝（54）がゲートロータ（50）の径方向に延びるように形成されていることから、当該第２切り欠き溝（54）が、歯溝（41）側面に押し付けられた平歯（51）側端の逃げしろとなる。すなわち、平歯（51）側端が歯溝（41）側面に押し付けられて歯幅方向中央側に移動した際に、第２切り欠き溝（54）はその溝幅が狭くなるように変形する。したがって、第２切り欠き溝（54）が収縮変形することによって、平歯（51）の弾性変形は促進されることとなる。

第８の発明は、上記第７の発明において、上記第２切り欠き溝（54）は、上記平歯（51）における圧縮側とは反対側の表面に形成されている。

第８の発明では、第２切り欠き溝（54）が平歯（51）における圧縮側とは反対側、つまり低圧側である吸入側の表面に形成されている（切り欠き溝の深さは吸入側の表面からシールラインまで）ことから、圧縮による負荷は直接に第２切り欠き溝（54）に加わらない。したがって、第２切り欠き溝（54）を設けながらも、ゲートロータ（50）の圧縮に対する強度を維持することが可能になる。

第９の発明は、上記第７の発明において、上記第２切り欠き溝（54）は、上記平歯（51）の歯幅方向中央よりも、上記ゲートロータ（50）の反回転方向側に配置されている。

第９の発明では、平歯（51）には、ゲートロータ（50）の反回転方向側、つまりスクリューロータ（40）の歯溝（41）側面によって押圧される側に第２切り欠き溝（54）が配置されていることから、押圧される平歯（51）側端が歯幅方向中央側へ移動し易くなり、平歯（51）の弾性変形がより促進される。

第１０の発明は、上記第１〜９の何れか１つの発明において、上記平歯（51）は、該平歯（51）の材料よりも摩擦係数が低い（摩擦係数０．０５以下）コーティング材（57）（ＤＬＣ等の硬質皮膜ビッカース硬度Ｈｖ＝７００以上が望ましい）によって被覆されている。

第１０の発明では、上記径方向変形促進部（53）又は幅方向変形促進部（54）を有して弾性変形が促進された平歯（51）が、さらに摩擦係数が低いコーティング材（57）によって被覆されているため、スクリューロータ（40）の歯溝（41）との摩擦が低減され、平歯（51）の摩耗がより好適に低減されることとなる。

上記第１の発明によれば、ゲートロータ（50）の径方向における平歯（51）の弾性変形を促進させる径方向変形促進部（53）を当該平歯（51）に設けるようにしたので、ゲートロータ（50）が熱膨張したとしても、その平歯（51）先端とスクリューロータ（40）の歯溝（41）底面との間の摩擦抵抗を低減できる結果、平歯（51）の摩耗を効果的に抑制することができる。

上記第２の発明によれば、径方向変形促進部（53）が第１切り欠き溝（53）であることにより、平歯（51）先端が歯溝（41）底面に押し付けられた際に第１切り欠き溝（53）を収縮変形させて、平歯（51）の弾性変形を促進させることができる。

上記第３の発明によれば、第１切り欠き溝（53）を、平歯（51）における圧縮室とは反対側の表面に形成することにより、圧縮室に生じる圧縮負荷が直接に第１切り欠き溝（53）に加わらないようにして、当該第１切り欠き溝（53）を設けながらも、ゲートロータ（50）の圧縮に対する強度を維持することができる。

上記第４の発明によれば、第１切り欠き溝（53）を、平歯（51）におけるゲートロータ（50）の径方向中央よりも歯先側に配置することにより、平歯（51）先端を歯元側へ移動し易くして、平歯（51）の弾性変形をより促進させることができる。

上記第５及び第６の発明によれば、平歯（51）の歯幅方向の弾性変形を促進させる幅方向変形促進部（54）を当該平歯（51）に設けるようにしたので、ゲートロータ（50）が熱膨張したとしても、その平歯（51）の側端とスクリューロータ（40）の歯溝（41）側面との間の摩擦抵抗を低減できる結果、平歯（51）の摩耗を効果的に抑制することができる。

上記第７の発明によれば、幅方向変形促進部（54）が第２切り欠き溝（54）であることにより、平歯（51）側端が歯溝（41）側面に押し付けられた際に第２切り欠き溝（54）を収縮変形させて、平歯（51）の弾性変形を促進させることができる。

上記第８の発明によれば、第２切り欠き溝（54）を、平歯（51）における圧縮室とは反対側の表面に形成することにより、圧縮室に生じる圧縮負荷が直接に第２切り欠き溝（54）に加わらないようにして、当該第２切り欠き溝（54）を設けながらも、ゲートロータ（50）の圧縮に対する強度を維持することができる。

上記第９の発明によれば、第２切り欠き溝（54）を、平歯（51）の歯幅方向中央よりも上記ゲートロータ（50）の反回転方向側に配置することにより、平歯（51）の側端を歯幅方向中央側へ移動し易くして、平歯（51）の弾性変形をより促進させることができる。

上記第１０の発明によれば、平歯（51）を摩擦係数が低いコーティング材（57）によって被覆することにより、歯溝（41）との摩擦を低減して、平歯（51）の摩耗をより好適に低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
図１は、実施形態１に係るシングルスクリュー圧縮機（1）の要部の構成を示す縦断面図である。図２は、図１のII−II線における横断面図である。図３は、実施形態１に係るスクリューロータ（40）及びゲートロータ（50）の構成を示す平面図である。図４は、実施形態１に係るスクリューロータ（40）及びゲートロータ（50）の構成を吐出側端部から視た斜視図である。図５は、スクリューロータとゲートロータの噛み合い状態を模式的に示す縦断面図である。

また、図６は、従動軸（94）に取付固定されたゲートロータ（50）及びゲートロータサポート（95）を拡大して示す縦断面図である。図７は、１つの平歯（51）を拡大して示す斜視図である。図８は、実施形態１に係る圧縮機構（20）の吸込行程を示す斜視図である。図９は、実施形態１に係る圧縮機構（20）の圧縮行程を示す斜視図である。図１０は、実施形態１に係る圧縮機構（20）の吐出行程を示す斜視図である。

本実施形態１のスクリュー圧縮機（1）は、冷凍空調用のシングルスクリュー圧縮機（1）であって、冷凍サイクルを行う冷媒回路に設けられて流体である冷媒を圧縮するものである。

図１及び図２に示すように、上記スクリュー圧縮機（1）は、全密閉型に構成されている。このスクリュー圧縮機（1）は、ケーシング（10）内に、低圧ガスが導入されて該低圧ガスを圧縮する圧縮機構（20）を備えている。ケーシング（10）内には、図示しないが電動機が固定されており、該電動機と圧縮機構（20）とが回転軸である駆動軸（21）によって連結されている。また、ケーシング（10）内には、冷媒回路の蒸発器（図示せず）から低圧のガス冷媒が導入されると共に該低圧ガスを圧縮機構（20）へ案内する低圧空間（S1）と、圧縮機構（20）から吐出された高圧のガス冷媒が流入する高圧空間（S2）とが区画形成されている。

上記圧縮機構（20）は、ケーシング（10）内に形成された円筒壁（30）と、該円筒壁（30）の中に配置された１つのスクリューロータ（40）と、該スクリューロータ（40）に噛み合う２つ（一対の）のゲートロータ（50）とを有している。スクリューロータ（40）は、上記駆動軸（21）に装着され、キー（22）によって駆動軸（21）に対する回り止めが施されている。

図３及び図４にも示すように、上記スクリューロータ（40）の外周面には、螺旋状の歯溝（41）が複数（本実施形態では、６本）形成されている。スクリューロータ（40）は、円筒壁（30）に回転可能に嵌合しており、歯先外周面が該円筒壁（30）に包囲されている。一方、各ゲートロータ（50）は、外周面に複数（本実施形態では、１１枚）の平歯（51）を有する円板状に形成されている。各ゲートロータ（50）は、円筒壁（30）の外側にスクリューロータ（40）を挟んで対称に配置され、軸心がスクリューロータ（40）の軸心と直交している。そして、各ゲートロータ（50）は、平歯（51）が円筒壁（30）の一部を貫通してスクリューロータ（40）の歯溝（41）に噛み合うように構成されている。また、スクリューロータ（40）は例えば鋳鋼等の金属製であり、ゲートロータ（50）は樹脂製である。

上記駆動軸（21）の先端部は、圧縮機構（20）の高圧側（図１の右側）に位置する軸受ホルダ（60）に回転可能に支持されている。この軸受ホルダ（60）は、スクリューロータ（40）の高圧側端面（図１の右側）に隣接しており、ボール軸受（61）を介して駆動軸（21）を支持している。

上記スクリュー圧縮機（1）には、容量制御機構としてスライドバルブ（70）が設けられている。このスライドバルブ（70）は、円筒壁（30）がその周方向の２カ所において径方向外側に膨出したスライドバルブ収納部（31）内に設けられている。スライドバルブ（70）は、内面が円筒壁（30）の内周面の一部を構成すると共に、円筒壁（30）の軸心方向にスライド可能に構成されている。図１において、スライドバルブ（70）が右方向へスライドすると、スライドバルブ収納部（31）の端面（P1）とスライドバルブ（70）の端面（P2）との間に軸方向隙間を形成される。この軸方向隙間が圧縮室（23）から低圧空間（S1）へ冷媒を戻すためのバイパス通路（33）として構成されている。したがって、このバイパス通路（33）の開度を調節することにより、圧縮機構（20）の容量制御を行うことができる。また、スライドバルブ（70）は、貫通して圧縮室（23）と高圧空間（S2）とを連通させるための吐出口（25）が形成されている。

上記スクリュー圧縮機（1）には、スライドバルブ（70）をスライド駆動させるためのスライドバルブ駆動機構（80）が設けられている。このスライドバルブ駆動機構（80）は、軸受ホルダ（60）に固定されたシリンダ（81）と、該シリンダ（81）内に装填されたピストン（82）と、該ピストン（82）のピストンロッド（83）に連結されたアーム（84）と、該アーム（84）とスライドバルブ（70）とを連結する連結ロッド（85）と、アーム（84）を図１の右方向に付勢するスプリング（86）とを備えている。このスライドバルブ駆動機構（80）は、スプリング（86）によってスライドバルブ（70）が図１の右方向へ付勢される一方、ピストン（82）の左右の端面に高低差圧を付けることで該ピストン（82）の動きを制御し、スライドバルブ（70）の位置を調整するように構成されている。つまり、シリンダ（81）内において、ピストン（82）の左側空間には低圧圧力が作用し、ピストン（82）の右側空間には高圧圧力が作用する。

図２及び図６に示すように、上記各ゲートロータ（50）は、円筒壁（30）に隣接してケーシング（10）内に区画形成されたゲートロータ室（90）に配置されている。ゲートロータ（50）の背面には支持部材である金属製のゲートロータサポート（95）が取付固定されている。ゲートロータサポート（95）は、ゲートロータ（50）と略同じ形状の平歯部（図示省略）を有しており、それぞれゲートロータ（50）の平歯（51）に重なっている。上記平歯部は平歯（51）と共に円筒壁（30）を貫通してスクリューロータ（40）の歯溝（41）内に配置されるようになっている。

ゲートロータサポート（95）及びゲートロータ（50）には、その中心に回転軸である従動軸（94）が連結されている。ゲートロータ（50）は、ゲートロータサポート（95）が従動軸（94）に回転一体に取付固定されることにより、従動軸（94）と一体に回転するようになっている。従動軸（94）は、ゲートロータ室（90）に設けられた軸受ハウジング（91）によって回転可能に支持されている。この軸受ハウジング（91）は、ボール軸受（92,93）を介して従動軸（94）を支持し、ゲートロータサポート（95）及びゲートロータ（50）を片持ち支持している。なお、各ゲートロータ室（90）は、低圧空間（S1）に連通している。

上記圧縮機構（20）では、円筒壁（30）の内周面と、スクリューロータ（40）の歯溝（41）と、ゲートロータ（50）の平歯（51）の表面とによって区画形成された空間が圧縮室（23）になる。図１、図３及び図４において、スクリューロータ（40）は、左側端部が吸入側端部であり、右側端部が吐出側端部である。そして、スクリューロータ（40）の吸入側端部の外周部分はテーパ状に形成されている。スクリューロータ（40）の歯溝（41）は、吸入側端部において低圧空間（S1）に開放しており、この開放部分が圧縮機構（20）の吸入口（24）になっている。

上記圧縮機構（20）は、スクリューロータ（40）の回転に伴って、ゲートロータ（50）の平歯（51）がスクリューロータ（40）の歯溝（41）を移動することにより、圧縮室（23）の拡大動作及び縮小動作が繰り返される。これにより、冷媒の吸入行程、圧縮行程及び吐出行程が順に行われる。

次に、本発明の特徴として、ゲートロータ（50）の平歯（51）の構成について、スクリューロータ（40）の歯溝（41）の構成と共に説明する。

図５に示すように、スクリューロータ（40）の歯溝（41）の溝幅は、ゲートロータ（50）の平歯（51）の歯幅と略同一に形成されている。また、スクリューロータ（40）の歯溝（41）の溝深さは、外周面に沿って変化している。具体的に、歯溝（41）の深さは、ゲートロータ（50）の平歯（51）の先端面が常に接するように、吸入側端部及び吐出側端部で最も浅く、中央部に行くに従って深くなり中央部で最も深くなっている。そして、一般に、その中央部での溝深さはゲートロータ（50）の平歯（51）の歯高さと略同一に形成されている。

ところが、ある程度運転時間が経過すると、スクリューロータ（40）側とゲートロータ（50）側との間に温度差が生じるため、熱膨張度の差から、スクリューロータ（40）の歯溝（41）とゲートロータ（50）の平歯（51）とが互いに接近して干渉する。

特に、ゲートロータ（50）はスクリューロータ（40）の回転に従動して回転することから、平歯（51）の反回転方向側の側端（51a）は、歯溝（41）の側面によって比較的強く押圧される。また、平歯（51）先端は歯溝（41）底面によって比較的強く押圧される。

したがって、仮に何らの対策をしなければ、平歯（51）の先端及び側端が摩擦により摩耗して、圧縮室の気密性が損なわれ、圧縮効率が著しく低下してしまう。

これに対し、本実施形態では、ゲートロータ（50）の平歯（51）の弾性変形を促進させる変形促進部（53,54）を、当該平歯（51）に設けるようにした。

すなわち、ゲートロータ（50）の平歯（51）は、図５〜図７に示すように、ゲートロータ（50）の径方向における平歯（51）の弾性変形を促進させる径方向変形促進部（53）としての第１切り欠き溝（53）を有している。第１切り欠き溝（53）は、平歯（51）の歯幅方向に延びる例えば断面三角形状の溝であって、平歯（51）における圧縮側とは反対側であるゲートロータサポート（95）側の表面に形成されている。また、第１切り欠き溝（53）は、平歯（51）におけるゲートロータ（50）の径方向中央よりも歯先側に配置されると共に、平歯（51）の幅方向の全体に亘って形成されている。また、第１切り欠き溝（53）は、平歯（51）における吸入側表面からシールラインに至る深さまで形成されている。

さらに、ゲートロータ（50）の平歯（51）は、図５及び図７に示すように、当該平歯（51）の歯幅方向の弾性変形を促進させる幅方向変形促進部（54）としての第２切り欠き溝（54）を有している。第２切り欠き溝（54）は、ゲートロータ（50）の径方向に延びる例えば断面三角形状の溝であって、上記第１切り欠き溝（53）と同様に、平歯（51）におけるゲートロータサポート（95）側の表面（つまり吸入側の表面）からシールラインに至る深さまで形成されている。また、第２切り欠き溝（54）は、平歯（51）の歯幅方向中央よりも、ゲートロータ（50）の反回転方向側に配置され、平歯（51）の歯元から歯先に亘って形成されている。そのことにより、平歯（51）には、図７に示すように、十字状に溝が形成されることとなる。

−運転動作−
次に、上記シングルスクリュー圧縮機（1）の運転動作について説明する。

このシングルスクリュー圧縮機（1）において電動機を起動すると、駆動軸（21）が回転するのに伴ってスクリューロータ（40）が回転する。このスクリューロータ（40）の回転に伴ってゲートロータ（50）も回転し、圧縮機構（20）が吸入行程、圧縮行程及び吐出行程を繰り返す。

上記圧縮機構（20）では、図８〜図１０に示すように、スクリューロータ（40）が回転することにより、圧縮室（23）の容積が歯溝（41）の移動（即ち、平歯（51）の移動）に伴って拡大した後に縮小する動作を行う。圧縮室（23）の容積が拡大する間は、低圧空間（S1）の低圧ガス冷媒が吸入口（24）を通じて圧縮室（23）に吸入される（吸入行程、図８を参照）。スクリューロータ（40）の回転が進むと、ゲートロータ（50）の平歯（51）により圧縮室（23）が仕切られた状態となり、圧縮室（23）の容積の拡大動作が終了して縮小動作が開始される。この圧縮室（23）の容積が縮小する間は、吸入された冷媒が圧縮される（圧縮行程、図９を参照）。圧縮室（23）は、スクリューロータ（40）がさらに回転することで図９及び図１０の右側へ移動して行き、やがて吐出口（25）と連通する。このように、圧縮室（23）の吐出側端部が開口すると、圧縮室（23）から高圧空間（S2）へ高圧ガス冷媒が吐出される（吐出行程、図１０を参照）。なお、ここでいう「圧縮室（23）」は、図８〜図１０にハッチングで示すものである。

−実施形態１の効果−
本実施形態１によれば、まず、ゲートロータ（50）の平歯（51）に、径方向変形促進部（53）としての第１切り欠き溝（53）を設けるようにしたので、平歯（51）先端が、上述の熱膨張によって歯溝（41）底面に押し付けられたとしても、第１切り欠き溝（53）によって平歯（51）の弾性変形を促進して、平歯（51）先端を歯元側へ容易に移動させることができる。すなわち、第１切り欠き溝（53）が平歯（51）の歯幅方向に延びるように形成されているので、当該第１切り欠き溝（53）が、歯溝（41）底面に押し付けられた平歯（51）先端の逃げしろとなる。したがって、平歯（51）先端が歯溝（41）底面に押し付けられてゲートロータ（50）の径方向内側に移動した際に、第１切り欠き溝（53）が、その溝幅が狭くなるように収縮変形するため、平歯（51）の弾性変形を促進させることができる。その結果、ゲートロータ（50）が熱膨張したとしても、その平歯（51）先端とスクリューロータ（40）の歯溝（41）底面との間の摩擦抵抗を低減できるため、平歯（51）の摩耗を大幅に抑制することができ、ゲートロータ（50）の寿命を向上させることができる。

また、第１切り欠き溝（53）を平歯（51）の歯先側に配置するようにしたので、平歯（51）先端を歯元側へ移動し易くして、平歯（51）の弾性変形をより促進させることができる。また、平歯（51）先端と歯溝（41）底面との微小隙間を容易に管理できる。

さらに、ゲートロータ（50）の平歯（51）に、幅方向変形促進部（54）としての第２切り欠き溝（54）を設けるようにしたので、平歯（51）の側端（51a）が、上述の熱膨張によって歯溝（41）側面に押し付けられたとしても、第２切り欠き溝（54）によって平歯（51）の弾性変形を促進して、平歯（51）の側端を歯幅方向中央側へ容易に移動させることができる。すなわち、第２切り欠き溝（54）がゲートロータ（50）の径方向に延びるように形成されているので、当該第２切り欠き溝（54）が、歯溝（41）側面に押し付けられた平歯（51）側端の逃げしろとなる。したがって、平歯（51）側端が歯溝（41）側面に押し付けられて歯幅方向中央側に移動した際に、第２切り欠き溝（54）が、その溝幅が狭くなるように収縮変形するため、平歯（51）の弾性変形を促進させることができる。その結果、ゲートロータ（50）が熱膨張したとしても、その平歯（51）側端とスクリューロータ（40）の歯溝（41）側面との間の摩擦抵抗を低減できるため、平歯（51）の摩耗を大幅に抑制することができ、ゲートロータ（50）の寿命を向上させることができる。

また、第２切り欠き溝（54）を平歯（51）におけるゲートロータ（50）の反回転方向側、つまりスクリューロータ（40）の歯溝（41）側面によって押圧される側に配置するようにしたので、押圧される平歯（51）の反回転方向側の側端（51a）を歯幅方向中央側へ移動し易くして、平歯（51）の弾性変形をより促進させることができる。また、歯幅方向における平歯（51）側端と歯溝（41）側面との微小隙間を容易に管理できる。

さらに、第１切り欠き溝（53）及び第２切り欠き溝（54）を平歯（51）における圧縮側とは反対側、つまり低圧側である吸入側の表面に形成したので、圧縮による負荷を直接に第１切り欠き溝（53）及び第２切り欠き溝（54）に加わらないようにすることができる。したがって、第１切り欠き溝（53）及び第２切り欠き溝（54）を設けながらも、ゲートロータ（50）の圧縮に対する強度を維持することができる。

《発明の実施形態２》
図１１は、本発明の実施形態２を示している。

図１１は、実施形態２におけるスクリューロータとゲートロータの噛み合い状態を模式的に示す縦断面図である。尚、以降の実施形態では、図１〜図１０と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態２におけるゲートロータ（50）の平歯（51）は、上記実施形態１と同様に、第１切り欠き溝（53）及び第２切り欠き溝（54）が形成されると共に、コーティング材（57）によって被覆されている。コーティング材（57）は、平歯（51）の材料よりも摩擦係数が低くなっている（摩擦係数０．０５以下）。また、コーティング材（57）は、ＤＬＣ等の硬質皮膜ビッカース硬度Ｈｖが７００以上であることが望ましい。

したがって、本実施形態によると、平歯（51）の先端だけでなく両側端においても、スクリューロータ（40）の歯溝（41）との間の摩擦を低減できるため、平歯（51）の摩耗をさらに抑制することができ、ゲートロータ（50）の寿命をより向上させることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態１及び２では、径方向変形促進部（53）を断面三角形状の第１切り欠き溝（53）とし、幅方向変形促進部（54）を断面三角形状の第２切り欠き溝（54）としたが、本発明はこれに限らず、平歯（51）の弾性変形を促進させる他の構成であってもよい。例えば、図１２に示すように比較的幅広な断面矩形状の溝（53）や、その他の切り欠き部を、径方向変形促進部（53）又は幅方向変形促進部（54）としてもよい。

また、冷媒以外の他の流体を圧縮するシングルスクリュー圧縮機についても、同様に適用することが可能である。

また、上記実施形態では、スクリューロータ（40）に対して２つのゲートロータ（50）が対称に噛み合うスクリュー圧縮機（1）について説明したが、１つのゲートロータ（50）が噛み合うスクリュー圧縮機についても同様の作用効果が発揮される。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、スクリューロータとゲートロータとが噛み合って圧縮室を形成するスクリュー圧縮機として有用である。

図１は、実施形態１に係るシングルスクリュー圧縮機の要部の構成を示す縦断面図である。 図２は、図１のII−II線における横断面図である。 図３は、実施形態１に係るスクリューロータ及びゲートロータの構成を示す平面図である。 図４は、実施形態１に係るスクリューロータ及びゲートロータの構成を吐出側端部から視た斜視図である。 図５は、実施形態１におけるスクリューロータとゲートロータの噛み合い状態を模式的に示す縦断面図である。 図６は、従動軸に取付固定されたゲートロータ及びゲートロータサポートを拡大して示す縦断面図である。 図７は、１つの平歯を拡大して示す斜視図である。 図８は、実施形態１に係る圧縮機構の吸込行程を示す斜視図である。 図９は、実施形態１に係る圧縮機構の圧縮行程を示す斜視図である。 図１０は、実施形態１に係る圧縮機構の吐出行程を示す斜視図である。 図１１は、実施形態２におけるスクリューロータとゲートロータの噛み合い状態を模式的に示す縦断面図である。 図１２は、他の実施形態における従動軸に取付固定されたゲートロータ及びゲートロータサポートを拡大して示す縦断面図である。

符号の説明

1 スクリュー圧縮機
10 ケーシング
30 円筒壁
40 スクリューロータ
41 歯溝
50 ゲートロータ
51 平歯
51a 側端
53 第１切り欠き溝（径方向変形促進部）
54 第２切り欠き溝（幅方向変形促進部）
57 コーティング材

Claims (10)

1. 外周面に螺旋状の歯溝（41）を有し、円筒壁（30）に回転可能に嵌合するスクリューロータ（40）と、上記円筒壁（30）を貫通して上記スクリューロータ（40）の歯溝（41）と噛み合う平歯（51）を有し、軸心が上記スクリューロータ（40）の軸心と直交する円板状のゲートロータ（50）とを備えているスクリュー圧縮機であって、
   上記ゲートロータ（50）の平歯（51）は、上記ゲートロータ（50）の径方向における該平歯（51）の弾性変形を促進させる径方向変形促進部（53）を備えている
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、
   上記径方向変形促進部（53）は、上記平歯（51）の歯幅方向に延びる第１切り欠き溝（53）である
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
3. 請求項２に記載のスクリュー圧縮機において、
   上記第１切り欠き溝（53）は、上記平歯（51）における圧縮側とは反対側の表面に形成されている
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
4. 請求項２に記載のスクリュー圧縮機において、
   上記第１切り欠き溝（53）は、上記平歯（51）における上記ゲートロータ（50）の径方向中央よりも歯先側に配置されている
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
5. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、
   上記ゲートロータ（50）の平歯（51）は、該平歯（51）の歯幅方向の弾性変形を促進させる幅方向変形促進部（54）を備えている
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
6. 外周面に螺旋状の歯溝（41）を有し、円筒壁（30）に回転可能に嵌合するスクリューロータ（40）と、上記円筒壁（30）を貫通して上記スクリューロータ（40）の歯溝（41）と噛み合う平歯（51）を有し、軸心が上記スクリューロータ（40）の軸心と直交する円板状のゲートロータ（50）とを備えているスクリュー圧縮機であって、
   上記ゲートロータ（50）の平歯（51）は、該平歯（51）の歯幅方向の弾性変形を促進させる幅方向変形促進部（54）を備えている
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
7. 請求項６に記載のスクリュー圧縮機において、
   上記幅方向変形促進部（54）は、上記ゲートロータ（50）の径方向に延びる第２切り欠き溝（54）である
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
8. 請求項７に記載のスクリュー圧縮機において、
   上記第２切り欠き溝（54）は、上記平歯（51）における圧縮側とは反対側の表面に形成されている
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
9. 請求項７に記載のスクリュー圧縮機において、
   上記第２切り欠き溝（54）は、上記平歯（51）の歯幅方向中央よりも、上記ゲートロータ（50）の反回転方向側に配置されている
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
10. 請求項１〜９の何れか１つに記載のスクリュー圧縮機において、
    上記平歯（51）は、該平歯（51）の材料よりも摩擦係数が低いコーティング材（57）によって被覆されている
    ことを特徴とするスクリュー圧縮機。

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